CN1117633A - 高效光阀投影系统 - Google Patents

Abstract

交叉偏振器间的LCD光阀，用单个晶体管控制各象素区，用存储元件为各象素存储信号数据，象素间带有光学屏蔽的“死间隔”，光源照射光阀建立一视频图象，经投影光学器件投影在屏幕上。象素晶体管偏压注入伺服电路在LCD改变温度时稳定图象性能。一实施例中，使用一带阶梯空腔的多色LCD，为不同波长生成不同厚度，以生成真的黑色、高对比度及CRT样色彩再现。用分色镜重叠投影图象中的不同色彩象素。必要时采用条纹镜复制象素，消除象素间的间隔。

Description

高效光阀投影系统

本申请相应的美国申请为1991年2月21日提交的美国申请号659,596的名为“高效光阀投影系统”的部分继续申请，后者为1988年12月23日提交的美国申请号07/290,040的名为“有源矩阵LCD图象投影系统”的部分继续申请，而后者又为1987年12月31日提交的美国申请号07/140,233的名为“一种改进的视频显示系统”的部分继续申请。

本发明一般涉及视频与数据显示设备，更具体地涉及结合新颖投影光学器件采用诸如有源矩阵LCD(液晶显示器)等光阀的一种改进的视频显示系统。

从一开始，电子成象的主要支柱便是阴极射线管(CRT)或显象管。虽然近年来CRT技术已取得进展，但仍存在着某些严重的缺点。画面大小仍受限制而使集体观看有困难。大于约30英寸(对角测量)的CRT显象管由于大小、重量、价格及由所应用的高真空引起的压破危险性而变得不现实。为了达到高亮度，它们采用危险的高电压，且可能从X射线与电磁场中产生对健康的危害。

彩色失真、图象形状畸变、来自地磁场的影响的彩色杂波及色失聚可降低基于CRT的视频显示器的图象质量。此外，CRT显示器容易出现诸如扫描行与荧光点或条等这种TV显示器所固有的视觉假象，在近距离观看时尤其是这样。这些视觉假象所提供的图象质量比电影院的图象差。

为了研制能够克服某些上述缺点的其它类型的发光显示器，已进行了多年研究。在最有希望的候选品中有等离子体、场致发光(EL)及冷阴极荧光显示器等，虽然它们并未证实为可实现的。再者，即使成功，这些其它的发光显示器是否能在实际应用中提供比当前CRT的亮度或尺寸任何改进也是大有问题的。

具有2英寸×3英寸画面的“袖珍电视”，现今是采用通过电子多路复用寻址或有源矩阵寻址的液晶显示器构成的。然而，生产用于直接观看的大画面提出了迄今尚未解决的许多问题。单纯的多路复用由于串扰而不能产生满意的图象。有源矩阵缓解了串扰问题，但它具有如此之多的制造步骤及必须在大表面积上布置如此之外的开关与存储元件，从而使生产供直接观看的大型、无缺陷有源矩阵显示器尚无可能，并且对于甚大型显示器可能在经济上永远是行不通的。

近年来对大型视频成象系统及对大型与小型的薄外形或“平屏面”成象系统的需求与日俱增，并且随着高清晰度电视播出的进展而有望剧烈地增加。近年来，已研制并上市了“投影电视”。不幸的是，这种投影显示设备使得与早期视频显示系统相关联的许多问题更为严重并产生了新的问题。投影电视比标准的直接观看型电视更昂贵、更不方便、更沉及更大，从而不可能移动。两种投影电视系统已流行：一种采用带有投影透镜的三个CRT，另一种采用以电子束扫描的油膜。

基于CRT的投影系统仍然相对暗淡，要求照明度低的观看环境以及提供非常有限的视角的昂贵的专用屏幕。三个CRT以兰、绿与红原色生成图象，并以高于传统系统的阳极电压驱动以得到尽可能高的亮度。较高的阳极电压会降低管子寿命并增加辐射危害及其它与高电压相关的问题。三个管子也增加了管子压破的危险。称作“艾多福(Eidophor)”的标准油基系统有三个相对地短寿命的“扫描油元件”并采用外部光源。在两种系统中，利用三组光学器件的全部三个彩色图象，除了要求调节色调、饱和度、垂直与水平尺寸与线性度以及使枕形与桶形畸变减小到最少以外，还必须将它们精确地会聚在观看屏幕上。因此，两种系统中的对准是超出普通人员的能力的。由于两种系统中的透镜的曲率与电路性能的变化，适当的会聚不易达到，通常需要多达半个小时的额外设定时间。如果移动了投影机或屏幕，必须重复会聚过程。

也曾在激光系统上进行过实验，它们用与电子束在CRT的面上扫描图象的相同方式在观看屏幕上扫描出图象。迄今为止研制的激光系统都大得难以移动、使用与维护都非常复杂、极为昂贵、有潜在的危险性并证明对于大的图象太暗淡。

为了解决上述问题已作出许多努力，得出了对若干新颖的基于“光阀”的系统的实验。这种系统利用理论上可以亮到任意程度的外部光源，用一个“光阀来调制载有画面信息的光。开发可工作的光阀系统的研究与实验主要旨在利用不同的光学、电子、物理与其它效应并寻找或生产各种材料来完成所要求的结果。各种光阀系统试验主要是利用包括电光效应(诸如由作用的电场引起的偏振旋转平面的建立或材料的折射率的改变)、使用作用磁场的磁光效应、电致伸缩效应、压致发光效应、静电粒子朝向、光电导性、声光效应、光致变色效应以及激光扫描感应的二次电子发射等在内的一种或多种光学效应的晶体(诸如石英、磷酸二氢钾、铌酸锂、镱、铝、柘榴石、与氧化铬)、液体(诸如硝基苯)或液晶(近晶型或向列型或诸如液体载体中的硫酸碘奎宁等粒子悬浮液)或其它类似材料。除了液晶光阀以外，其余的光阀已证明不可能经济地制造与具有充分大的孔径，并且通常是有毒与危险的，并且产品质量不稳定。

在所有光阀中，不同的区域必须供给不同的信息或加以“寻址”，使得从各区中发出不同的光量，加起来形成一个跨越整个光束的完整画面。寻址一个光阀的不同画面元素(或“象素”)的技术包括将一个激光或电子束反射到该区域上或者使用配置在或邻接于要寻址的材料的导电路径的一个小的十字形图案，即一个矩阵，来激活矩阵的该区域等方法。在扫描系统中的问题中包括材料的放气与腐蚀。已经发现电矩阵系统是难于加工的，要求以极高的精确性喷镀一层具有良好的导电特性透明材料。再者，这种矩阵必须用极快的开关电路来驱动，这对于激活大多数材料的给定区域的高电压是不现实的。

寻址小区域的最常用系统称作电子多路复用。电子多路复用只在诸如液晶等低电压要求的材料上能很好地工作。用这一方法，所有的象素地址是导电网格上的X与Y坐标。为了将一个给定的象素激活一个特定的量，必须在X与Y导线上作用不同的电压，从而当它们相遇时，便一起超过一个阈值电压而调制该区域。这种多路复用的一个主要缺点是串扰，当周围区域受到电场的影响时，导致假数据影响周围的象素，从而降低对比度与分辨率以及彩色/饱和度与精确度。由于液晶材料对作用电压的响应相当地线性，当分辨率提高时串扰问题也增加。由于所有的象素是在同一系统内互连的，当寻址任何一个象素时，所有象素都给予了部分电压，从而部分地激活了。可在液晶混合物中加入非线性材料，但由于串扰显著地降低图象的质量，仍不允许高于大约160线的分辨率。

在一个“有源矩阵”光阀中，不论显示器中的象素或行的数目，除了在给定的时间上被寻址的那些象素以外，矩阵中其余所有的象素都是有选择地断开的，因此消除了串扰问题。最近，已使有源矩阵显示器利用晶体管、二极管或一种电离气体作为开关元件来断开象素。

由于液晶光阀具有非常小的余辉并且是逐个或逐行象素激活的，并且在大多数时间内所有象素都是“断开”的，因此基本上只有较少的光投影到最终观看的屏幕上。这一特征浪费光，以较差的对比度生成较暗淡的图象，并由于为补偿暗淡的图象而需要的较亮光源而产生较多的热。由于需要更快的开关时间与更快的响应材料而高刷新速率是不现实的。

然而，有源矩阵显示器还利用连接到各象素上的一个存储元件，诸如一个电容器，它允许各象素保持适当的电荷，从而在寻址并从系统上断开之后仍保持适当的透光性。从而，各象素在所有时间内都保持“接通”适当的量。这便提高了光吞吐量并消除了闪烁。

如果为了得到非常明亮的显示器而使用高压光源，热敏感性可能导致对比度与彩色保真度降低。即使在很少或不存在红外光时，用滤色片与偏振滤片(如果使用)吸收高强度光线也会使这些元件加热，而降低图象质量，甚至可能损坏光阀。使用风扇冷却会产生烦人的噪声，尤其是在保持低声源音量的安静环境中。

光阀投影系统的另一个内在的问题是帧的各象素是由包含寻址电路或物理结构的一条不透光的边界包围的这一事实。这导致视觉上离散的象素，并造成图象的令人讨厌的“颗粒性”，这在近距离观看时或在大屏幕上尤为烦人。这在各象素的独立的红、绿与兰色元件不会聚或混合好而对观看者可看见的情况中如果采用单一的全色光阀时，这一问题更为严重。

从而，用小光阀投影提供最现实与经济的产生大而亮的图象的方法。不幸的是，直到现在为止，这种光阀投影器呈现某些缺点，它们在广义上可以至少分为四大类，即：

1)光阀限制：

2)光源限制：

3)光学系统效率低；及

4)屏幕性能弱。为了能够成功地生产能够从具有“薄外形”的设备大规模投影映象及显示小或大的图象的可接受的质量的实际显示系统，这些问题必须解决。

为了解决与先有技术的视频显示系统相关联的这些与其它问题，本发明的一个目的为提供一种可调节大小的视频图象，它在正常照明的房间中以及在强环境光的环境中，都是可以非常大但仍保有高质量与足够的亮度，可以从宽广的视角无畸变地观看。

再者，本发明的一个目的为建立一种视频显示系统，该系统利用一个光阀(诸如一个专门构造的LCD光阀)、一个具有长寿命、高亮度、平均发光率与彩温的独立光源、以及新颖光学器件，该系统为前方与后方投影提供高的光效率，并在无过热或风扇噪声中工作。

本发明的另一目的为生产具有高分辨率与对比度(消除条、象素或行的出现)并且具有高精确度彩色再现(等于或好于CRT)的这种系统。

本发明的又一个目的为生产通过加宽彩色尖峰消除闪烁与眩光而减轻眼睛疲劳的一种显示器。

本发明的另一个目的为生产一种具有长的不需维护工作寿命的小型、轻重量便携式系统，它可结合或不结合专用屏幕工作，并能相对地低廉地大规模生产。

本发明的又另一个目的为生产一种在观看以前无需聚焦或其它困难的调节的系统。

本发明的又另一个目的为生产一种具有大为降低的辐射与管子压破危险性并以相对地低的电压工作的系统。

本发明的另一个目的为生产一种无需专用屏幕而能容易地投影在墙或天花板上的，并能在相对宽广的角度上舒适地观看的系统。

本发明的又一个目的为生产能够三维投影的一种系统。

本发明的其它目的包括建立一种系统，其能克服3-CRT投影系统中的重量、笨重、高电压、辐射、压碎危险性与聚焦困难等与CRT相关联的缺点。

其它目的还包括提高图象对比度、彩色可再现性、分辨率与产量，同时降低彩色象素可见性、闪烁、热敏感性、图象的人为现象、系统冷却噪声以及非图象携带光的漏过，同时降低光阀系统的成本与复杂性。

本发明的其它目的为建立一种系统来通过提高亮度效率、平均发光率与色温同时延长灯泡寿命并减轻电源的重量与笨重而克服与改善光源限制。

本发明的其它目的为建立一种具有改进的光采集、降低的由彩色选择与偏振引起的光损失、降低的光阀孔径比损失及其它非图象光浪费的系统。

本发明的其它目的为建立一种通过采用具有降低的光吸收的特殊屏幕材料来改进性能，同时降低双凸透镜模式图象降级、离轴投影失真及离轴亮度下降，同时减轻眩光与环境光对图象可见性的作用的系统。

再者，本发明的一个目的为建立一种减少及实际上消除投影距离的浪费空间并能够进行三维投影的系统。

从公开中，其它目的将是不言而喻的。

本发明的此后将显而易见的这些与其它的目的是由采用一个诸如液晶显示(LCD)器件的“高效光阀投影系统”来达到的，该器件采用一个“有源矩阵”用于电子地寻址与激活该矩阵中的各液晶元件而形成一个图象。该矩阵是“有源的”，因为在各画面元素或“象素”上邻接有一个独立的晶体管或其它适用的材料来控制各象素，并采用诸如电容之类的存储元件来存储各象素视频信号。该系统还包括一个直接投影光学器件配置，其中包括用于照明光阀的一个光源，准直从光源来的光线并改进光通过效率与投影的图象的质量的光学器件，以及用于将来自光阀的一个图象投影及聚焦在一个观看表面上的一个透镜系统。

本发明的一个实施例的一个重要特征为采用一个分色镜系统来重叠来自一个单一的多色LCD的彩色象素三色组以形成其间有间隔的全色象素。

本发明的一个实施例的另一个特征为填充象素之间的间隔。这些间隔可用一个四镜系统来填充，其中的一个第一条状镜对复制各象素，并将图象水平地移位到以前存在于象素之间的间隔中。一个第二镜对复制新建立的象素行，并将原来的与复制的象素图象垂直地移位来填充象素之间剩下的间隔。

描述了通过使用一个扩张的透镜阵列及一个准直透镜或一个第二准直透镜阵列来扩张与准直象素的各个图象的用于填充邻接象素之间的间隔的其它方法。

通过结合附图对较佳实施例的详细描述，将更好地理解本发明，附图中：

图1为描绘将它们的图象投影在一个公共屏幕上的三个LCD的本发明的示意图；

图2为本发明的一个修正的实施例的示意图，其中的三个LCD的图象是在外部重叠并采用一组投影光学器件投影到一个公共屏幕上的；

图3为在其间带有缩小了的间隔的各种象素的示意图；

图4为重叠的“全色象素”的一个投影图象的示意图；

图5为描绘填充相邻象素之间的间隔的一种方法的一个四镜系统的示意图；

图6为描绘用图5的四镜系统的第一双镜(一个“条状的镜对”)填充象素间的间隔的示意图；

图7为图5的四镜系统的一个“条状镜对”的放大示意图；

图8a与8b为本发明的透镜系统实施例的示意图；

图9a为本发明的一个实施例的分色镜系统的示意图；

图9b为修正成包含一条附加光径的图9a的分色镜系统的实施例的示意图；

图10为通过两个全色LCD的可见光谱上的透射光强度的曲线图，具有一个恒定的LCD空腔厚度的一种与具有一个“阶梯形厚度”LCD空腔的一种的对比；

图11a与11b为用在两个全色LCD中的三个波长的透射光强度对作用电压的曲线图，一种为恒定厚度的LCD空腔，一种为“阶梯形厚度”LCD空腔；

图12为展示红、绿与兰光通过的LCD的不同厚度的一个“阶梯形厚度”LCD空腔的大示意图；

图13为比较CRT显示器、带有固定空腔厚度的传统彩色LCD显示器及按照本发明的“阶梯形厚度”LCD空腔的CIE色品图；

图14为带有条状波形干扰型后方投影屏幕的利用本发明的屏幕后方投影系统的示意图；

图15a为在全色LCD中的对应彩色象素区上的滤色片的示意图；

图15b为象素的替代配置的示意图，其中一个彩色三色组的三个象素是用一个三角形指示的；

图16为可以用在本发明中的一个声音抑止系统的开放透视图；

图17为本发明的较佳实施例的示意图；

图18为利用一种气体作为从电路上断开象素的一种开关元件的一个有源矩阵液晶显示器的示意图；

图19为电子图象投影系统的一个实施例的示意图，其中两个光阀放置在一起，其中的一个光阀将补偿另一光阀中的有缺陷的象素；

图20为利用反射光阀的投影配置的示意图；

图21为分成三部分的供用在全色投影中的一个单一的光阀的示意图；

图22为匹配从一个光阀行进到利用一个光径长度补偿透镜的投影透镜的光束的光径长度的一种方法的示意图；

图23为在本发明的一个实施例中利用反射镜来补偿从光阀行进到投影透镜的光束的路径长度差的技术的示意图；

图24为利用一个反射光阀来生成一个全色图象及一个麦克尼尔(Mac Neille)棱镜来偏振与分析光束的电子图象投影系统的替代实施例；

图25为该电子图象投影系统的一个部分的示意图，其中的分色镜将一束准直的白色光分成彩色光束，后者通过一个双透镜阵列由第二组分色镜建立缩微的并排布置的准直彩色光束，供用作一个多色光束去照射一个全色光阀；

图26为生成供照射一个多色光阀用的电子图象投影系统中的一个多色光束的替代方法的示意图；

图27为利用一个全息图将白色光束分成红、绿与兰光束，及利用一个第二全息图来使得到的光束平行的生成一个多色光束的替代方法的示意图；

图28为用在投影机的光径中以建立全色光阀的三个重叠的图象以便将红、绿与兰象素彩色成分合并成图象中的全色象素的光劈的示意图；

图29为电子图象投影系统中重叠红、绿与兰象素彩色成分建立全色象素的四镜系统的示意图；

图30为电子图象投影系统的替代实施例中用于叠加红、绿与兰色素彩色成分建立全色象素的双镜系统的示意图；

图31为电子图象投影系统的替代实施例中叠加红、绿与兰象素彩色成分建立全色象素的三镜系统；

图32为使用一个透镜来执行傅里叶变换的空间滤光的经典方法的示意图；

图33为与本发明一起使用的用于图象位移的一个电子地控制的棱镜的示意图；

图34为用于在电子图象投影系统的一个方面中分析照射均匀性的在象素洞的前面和后面都带有一个小透镜的光阀中的象素洞的示意图；

图35为用于进一步分析电子图象投影系统的一个方面的一个光阀及透镜阵列的示意性侧视图；

图36为利用带有一个光阀的场透镜阵列的电子图象投影系统的一个部分的实施例的示意性侧视图；

图37描绘了电子图象投影系统的一个部分的示意图，其中利用了用一个棱镜使其光束准直与连续的两个光源；

图38为电子图象投影系统的一个部分的示意图，其中用反射镜来重新分布来自两个准直光束的光来生成具有在一个单一光束中可以见到的高斯型分布的一个单一光束；

图39为电子图象投影系统的一个部分的示意图，其中，结合一个传统的球面反射器与聚光透镜，使用了一个抛物线形反射器来捕集更多的光线供投影使用；

图40为可用于将准直光束的直径减小到一个较小的准直光束的伽利略望远镜的示意图；

图41为电子图象投影系统的一个部分的替代实施例的示意图，其中结合两个准直透镜使用了一个椭圆反射镜来捕集与使用否则要损失的光线；

图42为电子图象投影系统的一段的示意图，其中采用了多个聚光镜光径来捕集来自一个光源的更多的光线供投影使用；

图43为电子图象投影系统的一个部分的示意图，其中通过将光束带到分开的焦点上及使用一面反射镜来重新定向光束之一使两个光束成为准直的而令分开的光束成为一条单一的光束；

图44为电子图象投影系统的一个部分的实施例的示意图，其中采用了反射镜来旋转来自一个麦克尼尔棱镜的一个光束的偏振平面使得到的光束与来自该麦克尼尔棱镜的另一光束平行；

图45为电子图象投影系统的一个部分的示意图，其中使用一个反射镜使两个准直光束邻接；

图46为电子图象投影系统的一个部分的替代实施例的示意图，其中使用了一个抛物面来捕集与准直未命中光采集系统中的一个椭圆反射器的光线；

图47为用在分析电子图象投影系统的一个元件的工作中的一个“菲涅耳(Fresnel)镜”的工作的示意图；

图48为利用两个菲涅耳镜及一个后方屏幕的电子图象投影系统的一个薄型屏幕部分的实施例的示意图；

图49为利用两个菲涅耳镜及一个后方屏幕的电子图象投影系统的一个部分的示意图；

图50为电子图象投影系统的一个部分的替代实施例的示意图，其中采用了一个椭圆反射器来捕集未被一个球形反射器所捕获的光线，并用一个聚光透镜将光带到一非球面聚光透镜使光聚焦的同一个焦点上供投影使用；

图51为电子图象投影系统中称作菲涅耳抛物面反射器的一个元件的示意图；

图52为电子图象投影系统的一个实施例的示意图，其中在一个全色光阀后面随有一个透镜阵列，在该透镜阵列前方的光阀象素上建立缩微的实象以便投影一个由单一的红、绿与兰象素合并成的一个全色图象；

图53为电子图象投影系统的一个实施例中放置在一个全色光阀前方的一个透镜阵列中的四个透镜的示意图，这四个透镜在透镜阵列后面建立一个二十四个象素彩色成分的实象。

图54为一个束分裂器立方体与反射器的示意图；

图55为LCD在一条垂直轴上旋转时通过带有一个输入透镜阵列的LCD的透射光的强度的曲线图；

图56为展示带有两个输入透镜阵列元件与两个输出透镜阵列元件的一个光阀象素孔的示意图；

图57为如何将一束大的圆形光束映射到一个矩形图象形成元件上的示意图；

图58A与58B为描绘使用高效合成集光器来收集来自一个均匀的照射光源的大部分光线，及使用棱镜将准直光束部分弯折到图象形成元件中的俯视与侧视图；

图59A与59B示意性地描绘用一个菲涅耳透镜准直从一个点发散的光并用菲涅耳棱镜弯折到一个图象形成元件中；

图60A与60B描绘用图59的配置得到的在屏幕上的一个抽样系统的X与Y方向上的光强度曲线；

图61示意性地描绘一个显示系统，其中三个光源经过用一个透镜准直后照射n个图象形成元件；

图62示意性地描绘缩小一投影机的尺度的配置；

图63示意性地描绘缩小一个投影机的尺度的又一配置；

图64A与64B示意性地描绘本发明的“菲涅耳·麦克尼尔偏振器”的实施例；

图65示意性地描绘缩小投影机的尺度的又另一配置；

图66示意性地描绘一个投影系统的实施例；

图67A与67B描绘通过使用一条光遂道的一个投影显示系统实施例所取的光径；

图68描绘一个非成象聚光器与球面镜来建立一束准直光束来照射一个成象元件；

图69描绘带有一个成象元件的一个双输入透镜阵列系统；

图70示意性地描绘本发明在成象元件前面采用两个输入透镜阵列的替代实施例；

图71示意性地描绘将不同着色的光束引导到它们各自的象素上的一种方法；

图72示意性地描绘将不同着色的光束引导到它们各自的象素上的一种替代方法；

图73示意性地描绘用分色镜将光分成多色的另一种方法；

图74描绘本发明利用两个输入透镜阵列将着色光引导到各象素上的另一实施例；

图75为利用反射镜来补偿光束从光阀行进到投影透镜的光径长度差的一种技术的示意图；

图76描绘制造一个彩色成象元件的一种较佳布置；

图77A与77B为描绘将来自一个光源的光重新配置以填补光束中的弱或死点的示意图；

图78示意性地描绘一种“菲涅耳·麦克尼尔偏振器”；

图79描绘另一种类型的“菲涅耳·麦克尼尔偏振器”；

图80描绘又另一种类型的“菲涅耳·麦克尼尔偏振器”；

图81描绘又另一种类型的“菲涅耳·麦克尼尔偏振器”；

图82描绘又另一种类型的“菲涅耳·麦克尼尔偏振器”；

图83A与83B描绘展示来自两个光源的光如何组合来生成一个线性偏振光束的实施例；

图84A与84B描绘展示来自两个光源的光如何组合来生成一个随机偏振的光束的实施例；以及

图85描绘“菲涅耳·麦克尼尔偏振器”的又一个实施例。

本发明指向一种高效光阀投影系统。整个系统是设计成克服视频显示系统的问题及满足发明的背景部分中所描述的目的。

可用来战胜CRT问题的最有前途的技术便是光阀技术。这一技术使用一个外部光源及一个“光阀”，它调制光源、将图象或数据信息叠加在光束上，使光束能够投影在一个观看面上。利用CRT投影系统中相同的策略，一个光阀投影系统可以构成为生成比CRT投影系统更明亮的图象。这种系统也能制造成显示黑与白、单色或彩色图象。

在所有已知的光阀视频显示系统中，最有潜力解决与CRT相关联的问题的一种便是利用液晶的偏振/旋转、二次光折射或散射能力的带有一个用于在透射或反射模式中寻址的导电矩阵的LCD。然而，必须对使用电子多路复用来消除当前的问题的当前视频显示器设计作出各种改变。虽然当前LCD技术是受欢迎的，本发明的大部分在总的方面可应用于光阀技术，并应在思想上以此宽广的观点来加以解释。

图1示出三个光阀，一个显示红色110、一个绿色111及一个兰色112面数据，各光阀用适当色彩(100、101、102)的光照射。来自光源100的红色光被聚光镜120聚光、被准直光学器件130准直并被将一个红色图象聚焦在屏幕150上的投影光学器件140投影。类似地，将绿色与兰色图象投影与会聚在屏幕上，形成一个全色图象。然而，这种全色系统的缺点是每当移动投影机或屏幕时，必须对光学器件进行调节以便会聚图象。在本发明中通过如图2中示意性地示出的那样采用了分色镜与一个单一的投影透镜而消除了会聚的必要性。来自光阀200的红色图象信息从前方表面镜201反射到分色镜204，分色镜204反射红色光但透过兰色与绿色光。来自LCD220的兰色图象信息从前方表面镜202反射然后从分色镜203上反射，该分色镜203反射兰色光但允许绿色光透过，然后透过分色镜204。这样便由投影光学器件205将全部显示的全色图象投影到屏幕206上。会聚始终是完美的，无论重新定位投影机或屏幕与否。本发明也可应用来使CRT投影机的会聚问题得到缓解。

如果一个画面是红、绿与兰象素的一种拼合，则各象素必须得到一个精确的电流量来再生各画面元素的原始播放亮度以及其彩色再现。虽然当前的LCD TV显示器利用电子多路复用生成满意的小图象，但当将这种图象投影到一个大画面上时，透射的光永远达不到零而导致低对比度。此外，采用电子多路复用时，对邻接象素的串扰与电子“漏入”降低了分辨率与色彩保真度。此外，由于各象素只在一部分扫描场被接通而浪费光能并且画面看起来暗淡。由于图象不能充分刷新而闪烁，并且取决于LCD的余辉的亮度效率是不能调节的。

为了解决上述问题，本申请人的系统中可包含一个存储有用于寻址各象素的数据的一个光阀，令该光阀的象素保持激活所要求的时间量直到接收到为该象素确定一个不同的值的新的数据为止。可用各种装置来存储数据，但最好存储在一个电容器中，在该电容器充电以后便立即从充电电路上断开以便消除电容放电的路径。

网络分析显示当通过其X与Y导线寻址一个给定的象素时，在其它象素上也会出现其寻址电压的三分之一。由于液晶材料是相当线性的，这便导致由伪数据部分地激活不正确的象素。可以通过加上限制液晶激活的装置、提高液晶的阈电压、使其对电压的响应非线性化、或者通过加上一个开关机构将象素从电路上断开直到它被寻址为止来缓解这一问题。完成这一工作的较佳方法是在各象素上加上一个“开关”，而建立一个称为“有源矩阵”的寻址系统。

例如，如图18中所示，在充满液晶材料1800的一个玻璃容器的内表面上涂覆一个由诸如氧化铟锡等透明导电材料制成的X-Y象素矩阵。将一个面上的一个给定的水平行中的各象素与储存器1810中的诸如氦的气体接触，这种气体需要一个阈电压来电离它及为流向该行中的象素电极的电流建立一条通路。将对侧玻璃板上的对应象素电极1820连接到沿垂直行的视频信号输入端上。当达到阈电压而使第一玻璃板上的一个给定的行的气体电离时，作用在对侧玻璃板上垂直列中的对应象素电极上的视频信号便使这些象素电极充电，板间的液晶材料作为一种介电质而构成一个电容器。紧接着，去掉电离气体所需的阈电压使沿水平行的象素电极电容器保持以所要求的量充电，以保持通过沿该行的液晶材料的偏振旋转直到有新的数据来取代已存储的数据为止。

另外，也可通过在靠近各象素处涂覆一个薄膜晶体管及在各象素上使用一个存储元件来建立一个“有源矩阵”。各晶体管接收一个门信号，将其接通并将一个视频信号电压导通到与被接通的晶体管关联的象素上。当通过去除门信号而关断晶体管时，它们之间具有液晶材料的象素电极便起电容器的作用而存储电荷，并保持液晶材料的激活状态直到被一个新的信号改变为止。如果液晶材料的电荷泄漏太多，可增加一个附加的电容器来保持电荷。

这样，各象素便可被寻址及接通(透过或反射光线)并保持接通直到提供下一帧的数据。用这种系统，可以象逐行扫描的画面那样消除闪烁。各象素在一帧的整个长度内保持接通，立即改变到下一帧中该象素的透射率或反射率的适当电平。各象素在整个时间内将是接通的(所要求的量)，而允许来自外部光源的光的最高通过量。可利用当前技术的涂覆半导体材料的方法来大规模生产这种有源矩阵系统。类似地，除了用有源矩阵寻址诸如LCD之类光阀之外，也可在投影机内的光阀中利用包括扫描电子与扫描激光束寻址在内的其它方法。

光阀可结合直接投影光学器件使用。在图17中示意性地描绘了本发明的一个概貌，它包括一个光源1700，从中发出一个光束；准直光学器件1710准直该光束，其中包括一个反射该光束的球面或抛物面反射器1720、一个向前方聚焦该光束的聚光透镜1730及再度准直光束的准直透镜1740。一个或多个光阀1750受到准直光束的照射，在其上面建立一个全色光学图象。然后投影光学器件1780将这一图象聚焦在一个观看面1790上。为了象此后所说明的那样改进投影图象的质量，采用子系统1760来叠加彩色三色组以形成在其间带有间隔的全色象素，并且可用也是在这里说明的子系统1770来填充象素间的间隔。

用涂覆薄膜晶体管制成的有源矩阵光阀也有明显的缺点。由于小的特征尺度、多层涂覆及导电通路、晶体管的高密度以及这种光阀中的其它特征，充满了诸如短路与开路等缺陷的机会。一个简单的缺陷可导致整行的象素永久地接通或永久地断开，并能使整个显示器无用因为投影在屏幕上的缺陷非常明显与难于接受。随着分辨率和/或显示器尺寸的增加，显示器的生产率相应地剧烈下降，而可接受的显示器的成本则剧烈地增加。已经设计出诸如各象素上的冗余晶体管、冗余导电通路以及采用激光来消除短路晶体管或通路等技术来补救这些缺陷。然而，即使采用了这些技术，许多缺陷仍然是无法纠正的，仍保持着低产量与高成本。

本申请人的背靠背地放置两个带有适当的显示驱动器的否则不能接受的显示器的技术极大地提高了产量及降低了生产有源矩阵显示器的成本。(见图19)虽然分别由于其相对地少量的不可纠正的缺陷1911与1921而各显示器1910与1920单独是不能接受的，但是当一个中的缺陷并不与另一个中的缺陷对应时便可将两个遭拒绝的显示器组合在一起。两个显示器的输出面或输入面在具有90度扭转角的传统LCD中必须是面对面的(除非在它们之间放置一块半波板)。这样，例如进入第一显示器的输入面的垂直偏振的光在没有电流作用时，被液晶材料旋转了90度，而作为水平偏振光输出。这时它进入第二显示器的输出面并被液晶材料旋转而变成垂直偏振的，并从第二显示器的输入面出来。从而，不需要在显示器之间放置偏振器。

虽然在本申请人的系统中希望采用透射光阀，但反射光阀同样适用。当利用液晶作为有源介质时，使用扭转向列效应是当前调制光线来生成满意的图象的最常用方法。然而，在反射光阀中采用扭转向列效应工作得并不好。这是因为进入光阀的偏振光(例如在垂直方向上偏振的)将旋转90度，照射在后方反射器上，然后在第二次通过扭转向列单元时旋转回90度，这样占主导地位的光线将与其进入时的初始偏振相同地出来。当存在着将一个电压加在液晶材料上的一个信号时，向列液晶将在一定程度(取决于电压)上变成垂直于单元的表面，而损失它们相对于光线的扭转朝向。这样，进入单元的光将不变地通过该单元及反射回来。从而，无论是否作用电压，光线不受扭转向列效应影响地从一个反射单元出来。

反射液晶单元能利用液晶的散射或二次折射工作。可用多种方法构成反射有源矩阵光阀。例如，利用诸如Hughes在70年代提出的用铝等材料在硅片上制成的反射象素电极等当今硅片制造技术可将一个单一的硅片制成一个有源矩阵。元件的对面可用带有氧化铟锡象素电极的玻璃制造。

利用散射效应(见图20)，进入单元2000的光照射在一块镜面反射表面上并反射出该单元供例如通过一个小孔2010聚焦，如在一个Schlieren型光学系统中那样。当在一个给定的区域中作用一个电压时，光线便与电压成正比地散射，而防止它通过小孔聚焦在屏幕2020上。为了利用液晶分子的二次折射，可以构造一个单元，其中的液晶偶极或者平行或者垂直于单元的表面定向的，或者定向在平行与垂直之间的某处，这取决于作用的电压。在这一情况中，当分子定向成垂直于单元的表面时，进入该单元的偏振光将以其偏振不变地从一个后方反射表面反射后自该单元中发出。然而，具有适当的单元厚度而当偶极分子完全或部分地平行于单元表面时，液晶分子的二次折射将导致液晶材料象一块具有变化的效率的四分之一波板那样工作。从而，在进入与出射出这一反射单元之后，偏振光的偏振平面将会旋转；其旋转的度数(高达90度)取决于作用的电压(两次通过该单元，使该单元象一块半波板那样工作)。

需要的投影灯泡产生的热与IR(红外线)辐射是降低分辨率与对比度以及彩色与灰度级失真的根源，并且可能损坏光阀。热与IR象光线一样以高斯型模式照射光阀，在光阀的中心形成一个“热点”。即使尚未达到损坏阈值，由于光阀的膨胀增加了光线通过它必须行进的距离而会出现图象质量的降低。当利用偏振旋转效应时，通过光阀的光的偏振平面的旋转可能改变，以高斯型模式产生对比度、分辨率以及彩色与灰度级再现。

可采取若干步骤来对付光阀的加热的不利效应。首先包合光阀在内的所有光学器件在安装时必须与大型散热器良好地接触，例如对功率晶体管所作的那样。包含光阀窗口在内的系统中的光学器件可用诸如金刚石与兰宝石等具有优良的光学质量及非常高的热传导能力的物质制成或涂覆。此外，所有的光学器件都可用适当厚度的材料涂覆，诸如为反射红外光谱而为分色反射器所做的那样。在光径中也可使用IR(红外线)反射镜与吸热玻璃。此外，诸如容器中的液体或气体等膨胀系数匹配的高沸点流体(液体或气体)的大体积流体装置也可用于进一步冷却。这种流体可以是静止的或者在一个密封区中循环，并布置成与要冷却的部件相接触。此外，除了透射光学器件之外，可利用诸如用金属制成的光学器件等反射光学器件进一步散热及抑制IR波长上的反射(用IR抗反射涂层)。

当然，抗反射(AR)涂层可用在所有的光学表面上来减少由这些表面上的反射引起的光逸出。这些表面中包括透镜、热反射镜、吸热器、偏振器、棱镜及诸如LCD等光阀的表面，其中包含光阀的玻璃面的内表面，来减少玻璃-ITO边界、玻璃-液晶边界、ITO液晶边界等的反射。

冷却风扇可用于冷却光阀以及系统的其它部件。导管与细管可用于向特定的点提供冷却。然而，风扇会产生噪声问题，在系统的音量在低水平上时尤为明显，尤其是在小房间中。为了抑制噪声，可在风扇与本发明的各种部件的外壳出口之间采用一块“空气隔音板”。图16示出一个声音抑制系统，包括安置在平台1620上的风扇1600。气流阻断板1630强制空气在通过出口1640排出外壳之前通过带有偏移的一条弯曲通路。反射空气与声音的表面上用吸音材料覆盖，这便极大地减少了进入收听环境的噪声。由于在出口1640处仍将存在一定的噪声，可采取进一步的措施来降低噪声。这种措施中可包括用麦克风1650拾取剩余的噪声并将其送至一个放大器，该放大器将噪声的相位倒转180度。通过扬声器1660播放倒转的噪声。通过适当地调整放大的音量与定相，能够显著地降低剩余的能觉察的风扇噪声使之实际上不能听见。

取决于所采用的光源的亮度及一个给定的系统的物理与经济制约，光阀上可能保留某种明显的高斯型热模式，并在操作中产生总体热量时随时间变化。因此，可结合所描述其它补救方法采用电子方法来消除这一问题。与温度效应相反地改变电子场可以基本上对消从这种效应中产生的畸变，这是因为光的偏振平面的旋转角度不仅取决于它所通过的光阀的厚度，并且还取决于所作用的电场的强度。得到的结果将是在整个光阀上的均匀性能。这一系统可采用在不同的象素上作用不同的偏压，这一偏压是以高斯型模式分布在整个光阀上的。放置在光阀处的一个热敏电阻或其它温度感测器件能监视总体的平均光阀温度，当温度波动时使用电子反馈电路来调整高斯型偏压分布。为了更精确地控制温度，可在象素间的间隔中靠近各象素处设置一个热敏电阻型器件来独立控制各个象素的热补偿偏压。

“有源矩阵”能使投影图象比多路复用阵列更明亮，并且对于给定的亮度级产生较少的热量。以这一方法独立地寻址各象素消除了串扰。然而，所有的导电通路、晶体管与电容器在象素之间建立许多“死空间”。这些死空间通常存在在“重叠”区中，在这些区中来自相邻的象素的电场可能互相混合与产生伪数据，降低对比度并使彩色混合失真。将一块不透光的黑色反射或其它盖板放置在这些区域上，至少能服务于三种目的：它阻止了不适当地调制的与未调制的光通往屏幕；保护半导体不受强光与热的照射的破坏；以及减少象素放电的机会覆盖区可以是一个象素的大小的一部分。

作为在一个投影系统中采用三个光阀来生成全色的一种替代，存在着多种方法来构造使用一个单一的光阀的全色投影系统。可使用一个单一的“全色”光阀来构成一种简单、紧致与低廉的全色视频投影系统。以前的不使用投影的全色直接观看的视频图象显示器是用一个单一的“全色”LCD构成的。然而，当用投影放大这些图象时，便出现这里说明的一些问题。

在一个标准的基于CRT的电视系统中，红、兰与绿象素数据是送至CRT面上的邻接红、兰与绿荧光点上的。类似地，在一个直接观看的全色LCD电视系统中，红、兰与绿象素数据是送到LCD的邻接区上的。然后，用红、兰与绿滤色片覆盖这些区域来适当地着色通过这些LCD象素元件的光。图15a描绘了彩色象素的一种简单布置，其中一种给定的彩色的象素互相上下布置，以生成垂直的彩色条纹。三个水平相邻的象素区构成一个象素三色组，它表示来自实际图象的一个单一的全色象素。图15b描绘象素的一种替代布置，其中一个彩色三色组的三个象素布置成形成一个三角形。在较佳的单光阀实施例中，这一全色光阀可以放置在图17中的位置1750上，以生成一个全色图象。

在一个实施例中，可将一个单一的光阀2100分成三个部分。例如，可使红色图象电子地寻址左方三分之一光阀板2110，而对应于图象的绿色成分的电子数据则寻址中间三分之一光阀2120，并且对应于图象的兰色成分的电子数据可以寻址右方三分之一光阀2130。(见图21)然后，将来自这三个图象的光重叠并通过投影光学器件投影到屏幕上。由于投影透镜2220具有给定的焦距，它必须放置在离开各彩色成分图象大约其焦距的位置上。(它必须与各图象光学等距)。这能以若干方法完成。即使这三个图象可能通过不同的光径，也可以紧接在光阀2100的后方放置一个或多个透镜来调整通过同一投影透镜的三个图象中的一个或多个的焦点(见图22)。例如，校正透镜2201能校正直通光径与反射光径之间的距离差。此外，也可适当地应用反射镜来使光径长度匹配，例如，图23中所描绘的，或者最好是图75中所描绘的。在图75中，7510、7520、7530与7540表示反射光束的第一表面镜、而7550与7560则为分色镜。来自IFE(内场致发光器)7570的光受到透镜7580的扩大以建立具有要求的纵横比的图象。适当选择角度(诸如A1＝67.38度而A2＝36.87度)可使所有光束经过相等的光径供合成一个单一的全色光束。很明显，能用不同方法将IFE分成多个部分，诸如分成水平部分，或逐次地对半分割。如上所述，包含一个反射光阀的反射光学器件可用于生成全色视频图象。图24中示出了用一个单一的光阀的这一类型的装置的一个实例。

在这一装置中，聚光光学器件2410采集与准直来自光源2400的光。通过一块四分之一波板2420之后，光线进入一个麦克尼尔光束分离器立方体2000。S偏振光从立方体内的内表面反射到前表面镜2430。这便将S偏振光向后反射通过立方体、通过四分之一波板，向后通过聚光光学器件与灯泡，及向后通过四分之一波板。此时，两次通过四分之一波板的S偏振光便被旋转了90度而成为P偏振光。它现在能通过立方体而利用光源光线的大部分，即使执行了平面偏振也是一样。

分色镜装置2440将光分成红、绿与兰光束，它们从光径均衡镜2450上反射并照明用三个彩色成分图象寻址的光阀2100的三个部分。光线从光阀上反射并重新跟踪其光径到达麦克尼尔棱镜。应当出现在投影图象中的光被光阀从P偏振光转换成S偏振光。因此，它从立方体的内表面上反射并通过投影透镜2220射出到屏幕上。非图象光保持P偏振并通过立方体回送到系统中，使投影图象较为明亮。也可在这一配置中使用在其后面带有一块反射镜的一个二次折射透射光阀。

在传统制造的LCD中，滤色片是涂覆在LCD的空腔内的。必须这样做，因为当从迎面偏离任何角度观看一个直接观看的LCD时，实际LCD象素及着色它们的滤色片的任何物理位置的偏差都将产生不协调或不正确彩色的感觉的视差。

由于形成一个LCD的玻璃板之间的间隔通常小于10微米，因此在这样薄的涂覆厚度中涂覆滤色片要求高度的厚度控制以及彩色透射率与总体透射率的均匀性。此外，必须使用高效过滤来消除化学涂料中的在玻璃板之间的间隔的数量级上或更高数量级上的污染微粒物质的可能性。

然而，投影提供独一无二的环境，其中可以用基本上准直的光照射一个光阀，并且即使光线基本上在平行的方向上通过光阀，也能从所有角度观看一个屏幕而消除任何可能的视差。这意味着制造专门用在投影中的全色光阀可以采用外部滤色片，这些滤色片的厚度无需这样精密地控制。再者，由于是放置在光阀空腔的外面，从而减少了污染的危险以及复杂性，并从而降低了用于这一目的的光阀的生产成本。

使用“全色”光阀会产生另一个问题，它虽然在小型显示器上并不十分明显，但在大图象中造成严重问题。这一问题导致不良的对比度及低劣的彩色保真度。为了理解与纠正这一问题，必须分析全色LCD显示器的工作。

下面的讨论说明问题的本质。在没有电压作用下，来自具有晶体厚度(d)的任何给定波长(λ)的透射光强度(TI)取决于折射各向异性(Δn)与液晶扭转角(θ)。只对于这些参数的值的少数独特的联立组合，TI才能等于零。这意味着除了波长(λ)及任何给定的晶体的厚度(d)的非常特殊的组合之外，不会出现零透射强度或真正的“黑色”。从而，如果象诸如LCD这样的传统光阀中那样(由两块平板之间的液晶构成)，将各向异性、扭转角与晶体厚度固定，每次只能有一种颜色成为黑色。如果作用一个电压改变光的旋转，则一种不同的颜色可以成为黑色。这一非线性消除了在所有彩色中同时出现真正的黑色的可能性(从而限制了可能的对比度)，并且由于感觉到的彩色是叠加产生的，这便消失了真正的彩色保真性。

为了进一步说明这一问题，图10中的虚线曲线示出具有一定厚度的一个标准全色LCD的可见光谱上的透过强度。图11，曲线图A示出相对于电压描绘的用在一个均匀厚度的全色LCD中三种波长的非线性透射率变化。例如，当红色透射为最小时，兰色透射在10％以上而绿色透射则大约为5％。在低对比度中得不到真正的黑色是当今的LCD中的主要问题之一。为了解决这一问题，必须将上面给出的变量之一修正成对给定的信号电压产生所要求的透射率。这能够用电子地偏移象素来完成，这些象素是用对应于彩色成分中的两个(诸如红与绿)的数据寻址的。这可使通过红色与绿色象素的净透射率在没有信号电压提供给任何象素时等于兰色象素的透射率。通过适当地选择d，所有彩色都可在最小值上。

此外，可以选择各滤色片下面的晶体厚度(装液晶的两块板之间的间隔)，使得在正好零(信号)伏上，在该滤色片所透射的特定波长的偏振光上施加适当的旋转。通过对三组滤色片中的每一组进行这一处理，在没有电压作用时将透射各种颜色的最小量光。这样也将提供一种更黑的黑色，从而提供高对比度。如果在一块板上进行阶梯形涂覆或蚀刻来生成图12中所示的阶梯，便能得到这一结果。

通过采用具有这种“阶梯形厚度”空腔的光阀，晶体厚度-波长组合将同时为所有三种颜色生成真正的黑色，以及同时为所有颜色产生作用电压与透射强度之间的线性关系。这是用图10(实线)展示的，其中在没有电压作用时对于所有颜色的透射率都同时接近零，而在图11中，曲线图B中所有颜色的透射率都同时随电压变化。

在本申请人的示范模型中，采用“阶梯形厚度”空腔得到高达100∶1的对比度及接近CRT的色彩保真度。这一高色彩保真度可在图13中的CIE图中看出，其中的虚线表示传统的多色LC(液晶)显示器的色品，点线表示带有可变晶体厚度的LC彩色显示器的色品，而实线则表示传统的CRT的色品。

构成一个直接观看图象的小的紧密组合的红、兰与绿色光点建立似乎它们是重叠出现的场景中的彩色的错觉。然而，当通过投影放大这一图象时，各相邻的红、兰与绿色象素不再合并来生成适当地着色的区域。反之，它们呈现为不连接的红、兰与绿色区域，而损害一个自然着色的图象的处理。再者，同样放大了光阀中的相邻象素区之间的死间隔，进一步造成了一种不连接的、分裂的、不自然的外观的图象。可以用多种方法消除不是全色光阀中的真实彩色的不连接的红、兰与绿色光点的外观。

这里所提出的去象素化(depixelization)概念或显著地减少图象的点、线、象素、死间隔或其它不携带信息部分的感觉到的外观，连同实现它所建议的方法，可应用在包含这些区域的任何显示的图象上，无论它是投影的还是直接观看的图象显示。虽然“平滑效果”在具有大象素的大型显示器中是最引人注意的，但是即使在所显示的图象是小的和/或包含小的象素时，它仍能改善感觉到的图象质量。

在利用一个单一的全色光阀从投影图象中消除它们的较佳方法中，必须采用透镜阵列。图52示出在水平行5210在布置有红、绿与兰色象素的一个全色光阀5200。这些行最好布置成使各后续的行从前面的行位移1-1/2个象素，虽然许多其它的布置也是可能的。将一个透镜阵列5230放置在光阀前面与投影透镜5240后方。虽然圆柱形或其它类型的透镜也能使用，透镜阵列中可包括球面透镜，各透镜为光阀上的一个象素的1/2宽度。各小透镜的曲率及透镜阵列与光阀间的距离可选定为使各小透镜5250在透镜阵列与投影透镜之间、稍为在透镜阵列的前方，建立一个浮在空间中的光阀的一个部分的一个缩微的实象。当然，其它的配置也是可能的。

如图52中插图5250所示，一个单一的小透镜所生成的实象包含来自6个象素的数据。这六个象素图象来自两个水平行，三个象素在上面三个象素在下面。也可使用其它的透镜尺寸与曲率，并且各实象可包含不同数目的象素图象，而仍产生基本上相同的效果。加上透镜阵列将红、绿与兰色象素数据的最佳焦点平面与显示在光阀上的图象信息分开。投影透镜通过透镜阵列聚焦在接近光阀平面的最佳图象焦点平面上。由于4个小透镜5300(见图53)占据了与一个单一象素5310相同的空间量，并且在本例中每一个小透镜生成6个象素的一个图象，一个单一象素聚焦在屏幕上的图象将是24个红、绿与兰色点的叠加。然而，这些点并不是24个不同的象素，但只包含来自光阀上的6个象素的数据(它们只对应于实际场景中的两个象素)。叠加在一起建立下一个象素的图象的24个点中包含某些与上面的24个点相同的信息或某些相同的点的部分及某些新的点。从而，各相邻的象素图象为大约二个三色组的加权平均值，因此只导致分辨率的略为降低。然而，由于各新建立的象素图象是24个点的一个不聚焦的叠加，其彩色组合生成一种纯的均匀色彩。从而，一个全色图象仍以正确的色彩显示在足够精度的正确位置上，除了个别的红、绿与兰色点不再可见以外，该图象呈现为基本上与不用透镜投影的图象相同。这一混合过程还消除了象素之间的间隔的出现。这一组合功能完全消除了象素呈现现象。最好采用一种合成的小透镜外形或者用交叉双凸透镜构成的光学等效件，使得“模糊”只是一个红色、一个绿色与一个兰色象素的一种混合。

在构造一个后方屏幕显示单元时，由于屏幕是构成在该单元中的，所以有更大的灵活性。它允许将光学器件加在紧靠屏幕的前面。如果投影到一个后方屏幕上的图象具有独立的红、绿与兰色象素，可以在接近要照射在屏幕上的聚焦的图象的地方放置一个具有两倍各垂直方向上的象素数目的透镜的上述透镜阵列。如上所述，各透镜元件能够在空间中建立一个或多个三色组的一个缩微图象。然后，具有与象素相同数目的小透镜的一个第二透镜阵列可将nkk象素的一个混合图象聚焦在一个靠近的屏幕表面上(聚焦在接近原来的图象平面的平面上，而不是在象素的实象的平面上)。和前面一样，单色彩象素将混合成全色象素。

此外，如果它是用特殊方法制造的，便可采用一个单一的透镜阵列。单一的阵列必须具有与单色彩象素相同数目的小透镜。该阵列是放置在要聚焦在屏幕上的图象的后面的。阵列中每三个透镜中的两个还具有一个内装式光劈，使得一个三色组的图象全部重叠地聚焦在一个邻近的屏幕上而建立全色象素。当然，光劈可以是与小透镜分开的。最后两种技术也能应用在通常显示独立的红、绿与兰色象素的CRT或其它成象设备上。

另一种建立全色象素的方法需要使用窄角度棱镜或光劈。如图28中所示，只要它们不放得太靠近光阀，这两个光劈可在它们之间带有一个间隙地放置在系统中的任何位置上。由于光的分布通常是高斯型的，所以较多的光集中在中心。为了使全部三个图象的亮度相等，明亮的中心部分应小于各光劈部分。另外，为了生成更均匀的图象，可将光劈分成薄的部分并用间隔将它们互相分散。如果将光劈放置在光源与光阀之间的某处，它们将建立三个非常靠近的光源的等效物，而从略为不同的角度上照射光阀。这将在屏幕上建立三个略为分开的图象。

光劈也可放置在光阀后面的某处，诸如在投影透镜的后方。这种定位将在屏幕上建立互相略为分开的三个图象。

如果光劈的角度是根据简单的几何条件适当地选择的，图象将位移一个象素的宽度。一个图象的红色象素此时将重叠在第二个图象的相邻绿色象素上，后者将重叠在第三个图象的邻接兰色象素上，从而建立看不见单个红、绿与兰色色素的全色象素。由于一个图象中的大多数三象素组不大可能具有相同的色值，所以这种技术在大多数领域内工作得很好。这一技术所造成的唯一小问题在于两个非常不同的区域的边界上。在边界上存在色彩和/或亮度的突然变化时，重叠在相邻的象素上的象素中的两个将会重叠在具有不同的值的邻接象素上，因此令人注意的畸变将变得很明显，而在观看的图象边界上建立一条看起来粗糙的边线。场景中不变色彩的区域越大，令人注意的程度越低。

另一种消除单色象素现象的方法是利用图9a中所描绘的分色镜系统。假定图15a的象素布置，可用下述配置来重叠单个的红、兰与绿色象素：准直光901通过全色光阀902照射在只反射兰色图象的分色镜903上。剩下的红色与绿色图象通过分色镜903照射在只反射红色图象的分色镜表面904上，而使绿色图象通过。兰色图象从前表面镜910与911反射出来，然后从只反射兰色光的分色镜表面905反射出来。在这里兰色图象重新与绿色图象结合。通过调整前表面镜910与911，可使兰色象素与绿色象素重合。红色图象从前表面镜920与910反射出来，然后从只反射红色光的分色镜906反射出来，在920与921上，可使红色象素与已经结合的兰色与绿色象素重合。可利用这里所描述的补偿透镜或附加透镜来匹配光径长度。在这一接合点上，我们有了如图4中所示的象素间带有大间隔的一个全色图象。

如果单色象素如图15b所示那样布置在光阀上，其中一个彩色三色组形成一个三角形而将红色与兰色象素带到一起，如上所述，则由于适当的绿色象素是垂直地从它们对应的红色与兰色象素偏移的，而不允许它们叠加在适当的绿色象素上面。结果，这种形式的象素布置可采用一条类似于红色与兰色光所用的光径的附加分色镜光径。这在图9b中描绘得更为清楚，这是将图9a中的系统修改成包含一条附加的光径的一个侧视图。准直光901和前面一样通过全色光阀902。然而，增加了光阀902与分色镜903之间的距离以便插入反射绿色光并透射红色与兰色光的分色镜950。和前面一样，903反射兰色光与透过红色光。镜面904与905为前表面镜。镜906反射红色光与透过兰色光。和前面一样，镜910、911、920与921为前表面镜。此外，镜960与970也是前表面镜。镜980为反射绿色光与透过红色与兰色光的分色镜。利用这一修正的配置，适当地将镜910从镜911分开并将镜920从镜921分开仍会导致红色与兰色象素重合。此外，适当地分开镜960与970会使适当的绿色象素与已经结合的红-兰象素对重合。这种高架镜配置也可与彩色光阀一起使用，其象素配置描绘在图15a中，由于绿色象素已经与红色与兰色象素成一直线，所以镜960与970之间的间隔已调整为防止绿色象素的垂直位移。绿色光的分开的镜面光径使各颜色通过的距离相等，这是重要的，因为光线虽然经过准直，仍然会随通过的距离而扩散，并且投影透镜必须同时聚焦全部三个图象。这时，图象便能通过用于填充象素间的间隔的子系统930(如这里到处描述的)，供投影光学器件940最终投影。

此外，在图9a中，镜910、911与920、921可向上或向下倾斜来使红色与兰色象素叠加在适当的绿色象素上。

在另一个用于消除红、绿与兰色象素现象的实施例中，(图2a中所描绘的)，采用了四块特殊的反射镜。各镜具有透明的间隔与镜面区。两块反射镜2910与2920上镀有普通的镜面区，例如用银或铝，它们全反射所有的色彩。一块特殊镜2930的反射涂料是分色的，它反射兰色光与透过红色及绿色光。另一块特殊镜3940的反射分色涂料反射红色光。如图29中所见，四块镜子的镜面区是互相异相定位的。在各镜上，每两个镜面区之间的透明间隔等于镜面区的宽度的两倍。

来自红色象素#1 2950的光通过第一面镜子的透明区并从第二面镜子的镜面区上向下反射到第一面镜子的红色反射区上。然后将红色光向上反射，通过第二面镜子的透明区，再通过第三与第四面镜子的透明区。

来自绿色象素#2 2960的绿色光通过镜#1的分色镜面区，通过镜#2的透明区，通过镜#3的分色镜面区并通过镜#4的透明区，从而叠加在来自红色象素的光上。

来自兰色象素#3 2970的光通过镜#1、#2与#3的透明间隔并从镜#4的镜面区向下反射到镜#3的分色镜面区上。这一分色镜面区将兰色光向上反射，将其叠加在来自红色与绿色象素的光上。这样，使建立了其间带有间隔的全色象素。

在一个替代实施例中(见图30)，采用了两块特殊的镜子。各镜具有适当地安装的成45°角的分色镜段。第一面镜子3010反射红色光与透过兰色与绿色，而第二面镜子3020则反射兰色光与透过红色与绿色。在这一配置中，来自红色象素#1的红色光从两个红色分色表面向上反射通过第二兰色分色镜3020。来自绿色象素#2的绿色光直接向上通过红色与兰色分色镜。来自兰色象素#3的兰色光通过第一面镜子中的透明间隔并从第二面镜子的两个兰色分色镜表面上反射出来，将其送至一个向上的方向上。和前面一样，这一配置将来自红、绿与兰色象素的光叠加成一个单一的光束，建立以间隔分开的全色象素。

在建立全色象素的另一种方法中使用了三面特殊的“镜子”(见图31)。每一面镜子由适当地放置°度角的分色镜段构成。第一面镜子3110为一面正常的镜子，反射红色光但透过绿色与兰色光。第二面镜子3120为一绿色分色镜，反射绿色光但透过红色光而第三面镜子3130则为兰色分色镜，反射兰色光但透过红色与绿色光。在这一配置中，来自红色象素#1的红色光从两块正常镜子3110反射到向上的方向中而通过绿色与兰色分色镜。来自绿色象素#2的绿色光类似地在绿色分色镜3120上进行两次反射而反射到向上的方向中并叠加在来自红色象素的光上。来自兰色象素#3的光也从两块兰色分色镜3130向上反射而叠加在来自红色与绿色象素的光上。又一次建立了以间隔分开的全色象素。

还可利用分色镜设计出各种其它的配置来叠加红、绿与兰色象素。作为另一实例，从投影透镜发出的图象可从隔开一个更精确的间隔的两个“夹心”表面反射。作为一个实例，第一镜子夹心层能通过红色分色镜的作用将红色象素叠加在绿色象素上(见图60)。第二镜子夹心能将兰色象素叠加在得出的红与兰象素上以形成全色象素。在得到的全色象素之间将形成大的间隔(两个象素宽)，而这可以如这里别处说明的那样加以消除

而红、绿与兰色象素的可见性也能用“分时扫描”技术使用一个单一的较低分辨率的光阀加以消除。通过将时间分成小的段，在各段中将不同的数据提供给屏眼会在时间上集成这些数据而看到数据的总和，似乎各个不同的数据显示是同时投影在屏幕上那样。然而，视觉地呈现的数据的分时必须适当地进行，否则诸如闪烁与减弱的图象亮度等人为现象对于观看者将变得明显的。

作为一个实例，如果只用红色信息寻址光阀，并且在该时间内只有红色光通过光阀投影，随后类似地投影绿色与兰色图象，观看者将感觉到一个全色图象。然而，由于标准视频图象每秒提供30帧并且由于在这一频率上对于许多观看者闪烁几乎是可见的，象上述那样将时间分成段，每秒钟将为每一种色彩生成10个图象，而造成引人注意的色彩闪烁。此外，如果一个大区域只是一种颜色(如实际生活中经常出现的)，则整个区域在每三个时间段中的两个上将是黑的，将感觉到的亮度降低到了三分之一并造成整个区域的强烈闪烁。在早期的彩色电视中对这一问题进行过极详细的研究，当CBS试图研制他们的顺序色彩系统时，在单色CRT的前面采用了一个旋转的色彩飞轮。采用这一方法时遇到的另一个问题为由另一种因素引起的引人注意的图象亮度下降。由于在任何给定的帧中，只有一种色彩的光投影正屏幕上，因此从每一帧中消去了三分之二光源发出的光，从而也从看到的图象中消去了三分之二的光。

为了消除这些问题，可用下述方法建立一种系统。首先，光阀是作为一个全色光阀寻址的，各象素以交替的方式排列，其中每一个偶数行包含一个红色、一个绿色与一个兰色的次序的象素，在整行中重复。每一个奇数行可包含同样排列的象素，但可位移一定的量，诸如相对于偶数行位移一又二分之一个象素。这便建立了一种更为随机出现的象素图形。以这一方式寻址光阀一个单一的时间段(诸如1/30秒)，通过一个滤色镜的拼合结构(如前面所描述的)或者通过建立一个彩色光束的匹配拼合结构(例如如这里别处所描述的用多个分色镜建立的)而将适当彩色的光送至各象素。在下一个时间段中，用在一个给定的方向上寻址位移一个象素的所有彩色数据寻址光阀。同时，通过移动滤色镜或者通过在分色-着色-再生系统中适当地摆动反射镜而将寻址光阀的彩色光束的分布位移到对应于光阀上的彩色数据的新位置上。

在这一时分扫的实施例中，光阀的象素#1是在第一时间段中用对应于图象的象素#1的红色数据寻址的。在该时间段中，这便在屏幕上的象素#1中生成一个红色数据图象。在下一时间段中，该彩色数据位置以及彩色光束的排列被位移了，从而光阀上的象素#1这时正在显示来自原始图象中的象素#1的绿色数据。来自原始图象中的象素#1的这一绿色数据这时投影在前一时间段中显示象素#1的红色数据的屏幕上的相同位置上。类似地，在下一时间段中，兰色数据投影在屏幕上的象素#1上，在1/10秒内在每一个象素位置上建立了一个全色图象的假象。只有一种颜色的任何大的区域在每一个时间周期中(诸如1/30秒)拥有它的三分之一象素在该单色上。从而，在整个时间内，该区域呈现这一颜色而不是象上面所描述的那样有三分之二的时间为黑色。

用这种配置，假定图象中的该区域中有光的话，在全部时间内至少有三分之一象素送光到屏幕上。利用以适当的配置将光分成多色光束的分色镜方法(在这里别处描述的)，由于在每一个时间段中利用了全部的光，所以在任何给定的时间段中消除了浪费三分之二灯泡光的问题。

作为“时分扫描”的一个较佳实施例，可以这样寻址光阀，使得始终用红色数据寻址象素#1，始终用绿色数据寻址象素#2，始终用兰色数据寻址象素#3，等等。照射是固定不变的，从而，象素#1永远用红色光束照射，象素#2永远用绿色光束照射，象素#3永远用兰色光束照射，以此类推。然而，在这一实施例中，在第一时间段中，光阀的象素#1是用来自图象的象素#1的红色数据寻址的，然后在第二时间段中，是用来自图象的象素#2的红色数据寻址的，然后在第三时间段中，是用来自图象的象素#3的红色数据寻址的，然后返回到来自图象的象素#1的红色数据，对于其它的象素以此类推。从光阀出来的光在去往屏幕以前从一块反射镜上反射出去。这一反射镜是用一个电子控制的电磁线圈或叠置在该镜的一边上的压电晶体与时间段同步地摆动的。反射镜的另一边是铰接的。此外，来自反转镜的反射在一个给定的时间段中用于稳定投影图象，而在下一时间段中则用于移动它。也可用平而坚实并沿一条边铰接的、带有两个面的充有流体或胶体的压电棱镜(见图33)来摆动该反射镜。棱镜的其它三面是可折叠的。棱镜内的一叠压电晶体3300使之与一个振荡电流同步地以振荡方式改变其角度。

两种事件中的最终结果便是在第二时间段中位移屏幕上的图象一个象素，而在第三时间段中再位移一个象素。因此，在一定时间内各屏幕象素将包含红、绿与兰色信息，使用一个简单、低分辨率的光阀给观看者以任何地方都没有可觉察的彩色象素的全色图象。应当理解，其它配置也能用于达到相同的目的。这一技术建立了三倍光阀的分辨率的感受，或者相当于三个光阀。

无论采用“全色”光阀还是多个“单色”光阀，都可以见到象素之间的死间隔，尤其是在采用“有源矩阵”时。虽然这种图象在某些情况中是可以接受的，但一种较好的解决方法是使所有象素都准确地以三色组叠加(红、绿与兰一起形成“全色象素”)，消除这些象素三色组之间的间隔而建立一个“连续的图象”。在图4中，每一个象素401是对应的红、兰与绿色象素的一种叠加。402表示需要填充的间隔。下面是消除投影图象中的象素间的这些死间隔的方法。

消除全色象素(诸如由叠加三个光阀的图象建立的)之间的间隔的较佳方法为采用透镜。用与“全色”象素的数目相等的透镜(例如，以各透镜的中心在各象素802上布置的光阀上彩色“三色组”的数目)构成的一个透镜阵列801(如图8a与8b中所示)可用于象图8a与8b中所描绘的那样放大各象素。然后可以选择图8a中所示的准直透镜阵列803或者图8b中所示的一个大的准直镜片来重新准直这时放大与连接在一起的象素，供适当的投影光学器件投影。

如果沿垂直方向的象素间间隔与沿水平方向的不同，则可以有意识地将象素不充满光而形成一个对称的点(如下面说明的)，或者可用合成透镜或等效件来适当地填充间隔。虽然制造小透镜阵列是在当前技术水平的范围内，但采用现成可得到的双凸透镜更简单与便宜。这些圆柱形透镜阵列可以以它们的轴互相垂直地重叠来达到相同的目的。各正交方向上透镜功能的分离消除了对合成透镜的需求，在这样小的尺寸上合成透镜是难于精确与一致地生产的。

注意到这一点是重要的，利用透镜在象素后面(及在投影透镜前面)消除象素间间隔可用若干不同方法完成。可以选择小透镜的曲率及离开光阀的间隔来生成象素的一个实或虚的放大象。这些实或虚象可以正好放大正确的量，以便它们在空间中的一个平面上成为连在一起的。然后将这一平面用投影透镜成象在屏幕上。

在实践中，在空间中不同的位置上存在着不同大小的象素的许多虚与实象。可以相应地略为向后或向前调节投影透镜来选择正好消除象素间间隔而不使它们重叠的象素图象大小。

如果选择了这样一种配置(如下面描述的)，其中的光源是成象在各象素孔中的，则在一个象素内的光的分布不是均匀的。如果不均匀，在屏幕上将明显地出现重复的结构，而使象素可以看见，即使实际上象素之间没有间隔也一样。在这一事件中，投影透镜不应将象素平面的图象或其象素的放大的实或虚象聚焦在屏幕上。反之，投影透镜能将透镜阵列的图象聚焦在屏幕上。即使在一个象素内的光分布不是均匀的，各小透镜也能被均匀地照明。

如果透镜阵列构成得不够好而使得小透镜间的间隔接近零，也会明显地看到象素结构。为了消除这一问题可用一个第二透镜阵列来生成第一阵列的小透镜的一个放大的实或虚象。从而使“象素”呈现为均匀的与连接的。

使用一个投影机与屏幕之间的关系永远不会改变的内装在一个柜中的后方投影系统，便有可能内装一个系统来在屏幕的正前方消除象素之间的间隔。放置在紧靠屏幕后面的、具有与从投影机投影的象素相同的配置的一个透镜阵列可将各象素的图象扩大到正好足以填满象素间的间隔。这一透镜阵列可内装在屏幕中使之成为屏幕的一个坚固的部件。

有时显示器是用较小的显示器的一个拼接结构制成的。例如，将CRT组装在一个矩阵中而形成一面“视频墙”，并将视频图象电子地分段，使各监视器只显示图象的一部分，而CRT的整个矩阵在一起显示整个图象。由于CRT监视器只能放得这样近，在它们之间存在着引人注意的间隔，而产生一个不连接的图象。这种显示器也能去掉象素化，其中将单个监视器看成是“象素”。这里所包含的各种概念同样适用。例如，可将一个菲涅耳透镜阵列放置在CRT阵列(每一个CRT一个透镜)与一块后方屏幕之间。以略为放大的倍率投影CRT图象，使得出的图象呈现为无缝的。当然，这也能应用于LCD的一种拼接结构、多个投影图象等。

下面是制造消除象素间的间隔所必须的透镜阵列的一种方法，该方法也能用于涉及为制造透镜阵列而建立一种母模的其它目的。母模可采用诸如铜或腊等半软性材料制造，并用在其端部具有圆形曲率的一种工具在它上面划上平行线。一个球形透镜阵列母模可通过形成一个带有与所要求的透镜表面匹配的表面的工具并以“分步与重复”方式反复地将其压入这一软性材料中而制成。然后可将这一母模制成一个硬性金属母模。如果母模是用铜制成的，则可将铜浸在诸如氨基磺酸镍等电镀液中。如果母模是用诸如腊等非导电材料制成的，则可先在它上面涂一层无电镍的薄金属层或者通过用氯化锡银溶液喷涂。一旦以这一方式金属化以后，例可将它放入电镀液中。然后可将镍母模放置在压模机上并用于将复制品压模在热塑性材料中，诸如聚酯树脂与化学玻璃。这种母模也可用作注塑或模压的模具。

另一种制造母模的方法为使用计算机作出图案，其中透镜的高度是用黑度表示的。制成透明胶片的这一图案可用分步重复过程照相缩小与复制以生成带有与透镜阵列的布置匹配的黑度图形的掩膜。然后可用紫外线将这一掩膜成象在光刻板上。掩膜上的不同黑度将改变光刻胶的曝光量，并且在显影后将改变各位置上冲洗掉的光刻胶的量。这便以透镜阵列的形状建立了一块光刻胶的母模。然后这一光刻胶母模便可加以金属化及用于复制。

制造用在投影系统中的这种透镜阵列的一种替代方法为使用全息照相制造的透镜阵列。这种全息透镜比在这样小的尺寸上加工的传统透镜容易制造，尤其是在要求极小的F(光通量)数时。代表当前技术水平的方法可用于建立必要的干涉图形。

如前面做过的那样为了消除红、绿与兰象素的出现，可用一个或多个光劈在屏幕上建立垂直与水平的位移图象，以消除象素间的间隔。可以方便地将光劈或光劈段放置在投影透镜处用复制的邻接图象数据来填充图象中的各间隔，而建立一个聚焦的去象素化的图象。这一方法是消除图象中象素间间隔的一种替用的较佳方法。

由于象素间间隔全都是固定宽度的水平与垂直线，可用空间滤光来消除间隔。图32中展示了空间滤光的古典方法。在输入中，透镜3310作用在图象A上，而在平面B中建立一个傅里叶变换。放置在平面B后面的焦距处的另一个透镜3320建立该变换的一个傅里叶变换，这便是平面C中的原始图象。如果在平面B中放置一个特殊的光学滤光镜，则由于平面B中的傅里叶分量的阻断而消除最终图象的各种分量。傅里叶分量是在平面B中以极坐标形式分布的，对应于原始图象中的最小特征的最高空间频率遍及并面向傅里叶平面的外侧。图象中的低空间频率表示在平面B中的傅里叶变换的中心区中。周期性的输入图形表示为傅里叶平面中该频率上的强度的局部化密集。由于表示象素间间隔的细线的空间频率是高的，它们将形成大的特征，大部分远离傅里叶变换的中心。因此，如果在平面B中放置一个适当的滤光镜，令较低的空间频率通过，则平面C中的二次变换图象将大为减弱，或者，如果该滤光镜选择得当，便可消除较高的空间频率(对应于象素间的线)。

由于在一个给定的方向上所有象素都具有相同的空间频率，这种频率是与它们之间的线的较高空间频率不同的，可将这些线分离出并加以抑制。图象平面A相当于投影机中的光阀平面，而执行傅里叶变换的透镜则相当于投影透镜。因此，投影透镜前方某处将是光阀上的图象的傅里叶变换的一种逼近。即使不使用第二透镜在一定距离后面二次变换该图象，也会出现二次变换(屏幕上的聚焦图象处)，而不需要一个最后的透镜。因此，在实际操作中所需要的只是在投影透镜后方某处放置一个适当的滤光镜。由于线图形的空间频率是已知的，可用当前技术水平的方法来构成一个傅里叶滤光镜来阻断要求的空间频率分量。象素宽度与象素间间隔的宽度之间的差别越大，空间滤光过程的效率越高。当这两种宽度互相接近时，该过程将变得低效。

此外，如果在光阀与投影透镜之间放置一个透镜，可使光线在投影机内到达一个小的焦点。在焦点上可放置一个针孔使大部分光线通过。通过同样放置在投影透镜前方的一个二次变换透镜的光线将在空间中建立一个从光阀平面减去图象的高空间频率的聚焦图象。如果这时将投影透镜聚焦在该图象上，大部分光可以投影到屏幕上而没有象素间的线条。

得出一个较明亮的图象的另一种方法为在投影透镜的前方采用一个全息滤相器，这一滤相器是以当前技术中已知的方法用不同厚度的材料或适当地布置的全息图构成的。这仍然完成空间滤光但允许更多的光通过到屏幕上。

另一种填充象素间间隔的方法为使用反射镜。为了制造一个以最少的光线浪费在适当的位置上复制象素的反射镜系统，可采用一种特殊的“条纹镜系统”。这一配置示出在图5中。包含全色图象信息的光501(布置成如图4中所示的)照射在标为502与503的一个“条纹镜对”上。这使得整个图象以原始图象的大约二分之一的亮度复制并水平移位一个象素的宽度(它也降低到其原始亮度的二分之一)，而填充在如图6所示的水平行中的象素间间隔中。垂直行601A、602A与603A分别为垂直行601、602与603的复制。然后，存在在图5的空间504中的组合(原始的与复制的)图象通过一个第二“条纹镜对”505与506，该镜对复制该图象但将其垂直地移位一个象素的高度。这便产生了相等亮度的两个图象，一个在另一个上面，填充在图6中指示为610、611与612的水平行中。从而，建立了一个不带空白间隔的“实心”图象。消除了空白或死间隔、分离的彩色象素，从而消除了象素间的区别，主观上改进了图象的分辨率，甚至一个“透明”间隔720上。这一第一镜是用玻璃、塑料或其它适当的材料制成的，它是在可见光谱上AR涂覆的并在其对侧面上涂覆有诸如铝或银适当的反光材料的条纹。条纹涂覆可用，例如，带有“玻璃上的条纹掩膜”的真空喷涂来完成。此外，可在玻璃上涂覆光刻胶并曝光在所要求的尺寸的条纹的投影图象中。显影以后，曝露出玻璃，以便只在所要求的条纹中真空喷涂金属。喷涂之后，可将剩余的光刻胶剥去或溶解掉，而留出所需要的透明条纹。

该镜对中的第二镜也有交错的透明与反射条纹。然而，在这一块镜子上的反射涂层较薄，建立半反射镜而不是全反射镜。将反射区分比调整成使发出的两个象素图象具有相等的亮度。

来自象素701的光通过空间720之后，照射在半反射镜730上而建立一个透射束710与一个反射束，后者照射在第一镜702上的镜面表面740上。这一反射光通过镜703上的透明间隔750而建立一个第二光束710a，除了它是连接地偏离光束710以外，它是光束710的一个完全复制品。如果象素间的间隔不等于一个象素的尺寸，镜子702上的镜面区740以及镜子703上的透明间隔750可调整成象素间的间隔的尺寸。

图5的俯视图示出带有垂直条纹的“条纹镜对”502、503是绕一条“垂直倾斜轴”相对于光束501倾斜的，以建立一个水平位移的复制图象，而带有水平条纹的“条纹镜对”505、506则是绕一条“水平倾斜轴”(它垂直于第一“条纹镜对”的倾斜轴及光束501)倾斜的，以建立一个垂直位移的复制图象。1倾斜的，以建立一个水平位移的复制图象，而带有水平条纹的“条纹镜对”505、506则是绕一条“水平倾斜轴”(它垂直于第一“条纹镜对”的倾斜轴及光束501)倾斜的，以建立一个垂直位移的复制图象。

将一束白色准直光分解成彩色准直光束的装置以及将多色准直光束组合成一个单一的准直白色光束的装置是可逆的，并且可用在光阀的任何一侧来充分利用光束中的全部光；用适当的彩色光束照射一个单色光阀；重新组合彩色光束以形成不带单个可察觉的彩色象素的全色图象；以及产生一个连续的没有象素间间隔的图象。

如上面所说明的，时间多路复用的采用，可用于以复制的象素来填充象素间的死间隔而建立一个“连续的”图象。可以略为移位三色图象而在一定程度上填充象素间的间隔。例如，图3示出兰色象素301略高于红色象素302及绿色象素303略为在各红色象素302的左方。也可能用许多其它布置不同彩色的象素的位移的方法来减小图象中的黑色间隔；然而在近距离上单种色彩仍然是看得见的。

为了生成高质量的彩色图象，尽可能提高分辨率，以及互相叠加红、绿与兰色象素以消除单色象素现象及象素间的间隔是重要的。无论是用三条光径与三个光阀或者将具有大量象素的一个单一光阀分成三段来生成三色图象来达到这一目的，都会提高成本并使系统比一个单一光阀系统占用更多的空间与重量。然而，一个单一光阀并不具备三个光阀的分辨率。因此，希望设计出一种方法，它能产生高质量、高分辨图象而不增加上面所述的成本、复杂性、重量与尺寸。

很明显，增加一个光阀中的象素的数目可以提高图象的分辨率。用来投影连接的图象的两个或两个以上投影机与采用可购得的光阀的一个单一投影机所产生的图象相比能产生较高分辨率的图象。此外，可将一个单一的投影机制成实质上包含若干投影机的部件，但在该投影机内并排地产生连在一起的图象，从而能用一个单一的投影透镜投影合成的图象。这可消除对齐外部放置的投影机的必要性，并可产生比单一光阀系统所能产生的更高的分辨率。

无论象素的线相对于它们上面的彩色点的放置之间的关系是怎样的，如果采用光阀的三个彩色象素的任何组合来形成一个表示所显示的场景的一个特定点的彩色的三色组，则LCD的分辨能力便降低了一个因子3。然而，如果用一个对应于原来的场景中的该点上光阀象素的彩色的信号来驱动光阀的各象素(红、绿或兰色)，并且简单地丢弃原来的场景中的该点上的其余两个彩色值的数据，便可以减小对分辨率的限制。肉眼趋向于混合相邻象素的彩色分布而为场景中该区域生成正确的彩色，但仍保持以实际象素间隔的精度区分细节的能力。

可应用“分时扫描”(这里描述的)用一个较低分辨率光阀来建立一个高分辨率图象。例如，可以投影一个具有沿各水平线等于一个象素的宽度的每两个象素之间的间隔的一个图象。这一点可以通过以这一方式来制造光阀或者采用小透镜阵列来适当改变各象素的大小而达到。这样，如果一个光阀能够在一条水平线上产生500个象素，则通过分时扫描可将分辨率加倍到1000。一半时间可用于将来自光阀的图象原样投影在屏幕上，而另一半时间可用于将一个中间象素的图象投影在屏幕上，在该方向上给予图象两倍光阀的分辨率。与其它时间多路复用方案不同，它不降低亮度，这是由于在每一时间段中将来自光源的全部光都投影在屏幕上，从而在所有时间内，观看者都能看见来自光源的全部光。这一技术也能用于在垂直方向上加倍分辨率，而从一个标准分辨率光阀建立一个高清晰度图象。

本申请中公开的系统可采用离散的与单个地寻址与保持的象素。这一方法提供了真实数字电视的基础。当前，声频与视频信号是数字化的并作为数字的位存储在激光盘与“CD”(“紧致盘”)上的。数字化保持了微秒级信号的精确值。对于一个只注意各位是否是接通或断开，即“0”或“1”，而并不关心其强度或清晰度是否改变的一个系统而言，诸如放大器噪声与非线性度、记录材料上的划伤、漏失及其它缺陷等系统失真都是可以完全忽略的。这将得到更精确、更高质量的电视与视频显示。日益增长的对高清晰度电视的推动必定会将本领域推向这种数字显示设备，作为精选的系统。概括地说，本发明使实现数字与高清晰度TV的有生命力的基础成为现实，无论选择什么制式。

采用数字处理容易消除当前的视频系统中固有的问题，诸如重影、色度蠕动、莫阿(moire)条纹图形、雪花以及彩色与亮度信号之间的干扰等。它还使通过在任何两个象素之间的插入而在接收机中建立额外的象素成为可能，从而在接收机中建立甚至比实际发射的更高的分辨率的现象。它还使特殊特征非常容易实现，诸如画中画、图象放大、帧冻结、图象增强、特技等。

以有限数目的象素构成图象的所有电子图象生成系统都具有人为的现象，当图象中的象素数目减少时变得更为引人注意。这种人为现象通常称作锯齿状边沿或折叠。当在图象中存在诸如两个不同细节之间的界线之类的斜线时，该线是锯齿形的，似乎它是一部楼梯，这是因为象素通常是正方形的，它们的边是平行与垂直于地平线的。为了减小这些锯齿形边界的醒目性，可应用已知的抗折叠技术，尤其是用在一个数字系统中，由于它已经计算机化了。当检测到具有不同的亮度值和/或不同的色彩值的两个区域之间的一条边界时，可执行一次计算来找出这两个值之间的平均亮度与色彩。然后，使沿这一边界的所有象素具有这一值而建立边界之间的一种更难于看见的过渡，借此减少锯齿形边的现象。

一个投影系统能够生成的图象亮度部分地取决于灯泡的亮度。这通常意味着为了更亮，必须使用更大瓦数的灯泡。然而，在许多环境中，可使用的灯泡的瓦数是受限制的。家用投影机不得高于大约5安倍的电流，相当于大约600瓦。更高瓦数的投影机工作时非常昂贵，并且放出大量的热。因此，希望使用尽可能高效(以每耗一瓦电产生的流明测定)的灯泡。最佳光源利用微波激励的等离子体。这种当前尚在样品形式中的灯泡能产生高达每瓦130流明。也可使用其它光源，其中包括Xe、Hg及金属囟化物灯泡，它们能产生75至95流明每瓦。囟化钨灯泡能产生40流明每瓦，而普通钨能产生25流明每瓦。

代替具有大灯丝或电弧的大功率灯泡，可使用两个或两个以上较低瓦数与较小灯丝或电弧的灯泡。使用多个灯提供若干优点。如果一个灯烧坏时，系统只是减弱了亮度，而仍可用剩下的灯工作直到更换灯泡。各灯泡由于瓦数较低而寿命更长，并且较小的灯丝或电弧能够更容易地将光源的象聚焦在象素孔中。可用各种方法来组合供应用的光束。图27示出了用一个棱镜使两个光源准直与连接在一起的一个例子。图45示出如何能用一个反射镜使两个准直光束连接在一起。另一种消除分离的光束之间的间隔的方法为采用反射镜从一个光束的一部分中取光并用它来填充光束之间的间隔。这样一个实例示出在图38中。

从图中可见，可以用这一方法重新配置来自两个光源的光以形成呈现为一个高斯光束的光。显然，也可使用不同数目的反射镜，以及反射镜以外的其它偏光器，诸如棱镜。这一技术也可一次用在若干光束上，或者用在一个单一的光束上来改变光束的外形特征，诸如使一个高斯或一个不规则光束外形变得较为均匀。这在去掉光束中的弱或死点、洞、或热点中特别有用。

完成这一工作的装置的其它例子描绘在图77中。在这一图中，假定使用了中央有一个洞的一个光束，例如，由一个与在电弧或灯丝处的光轴的法线成正负60度角辐射的轴向光源所形成的。77A与B示出替代装置，其中平的或弯曲的环形镜7710(A中的反射镜以全内部反射工作)将构成光束的外侧部分的光反射到一个中央圆锥形或轴锥形反射元件上。然后这一光向前反射，填充光束中的洞。可以通过改变环形反射镜的尺寸、圆锥形反射器的倾角、环形与圆锥形表面的曲率(如果有的话，它在光上施加一种透镜作用)、以及光的发散或会聚，来调节填充该洞的光的强度。

另外，可以使光束在空间中的一个区域上聚焦，使灯丝或电弧的象互相紧靠地一起，形成一个新的合成光源。通过使用反射镜，可使这些点光源在同一方向上传播，使之易于用一个单一的聚光透镜采集以形成一个包含大部分原先捕集的光的单一准直光束。这一例子示出在图43中。

通常，组合两个光束所生成的光束具有两个光束的组合宽度或者具有两个光束的组合发散度(或者两者的组合)，如拉格朗日(La Grange)不变式所规定的。然而，利用下述装置之一，可将两个光束组合成一个光束而不改变光束宽度或光束发散度，可以根据需要使得到的光束是随机偏振的或线性偏振的。

图83示出如何将来自两个光源的光组合以生成一个线性偏振光束。8300与8310为两个独立的随机偏振白色光源。8320与8325为球面反射器。8330与8335为准直透镜。8340与8345为四分之一波板。8350与8355为麦克尼尔偏振镜。8360为第一表面镜。输出光束8370是线性偏振的。只带一个麦克尼尔偏振镜的另一实施例描绘在图83B中。

在图84中，除了增加了第一表面镜8465与反转了麦克尼尔偏振镜8445的朝向以外，该装置与图83中的相同。在本例中，输出光束8470是随机偏振的。只使用一个麦克尼尔偏振镜的另一个实施例描绘在图84B中。

可将这些装置级联若干次而组合来自大量光源的光束，生成与来自一个单一的光源相同宽度及发散度的一个单一的随机或线性偏振的光束。

再生的色彩的精度取决于若干因素。采用适当地选择的滤色镜或分色镜、对波长与光阀空腔厚度与电压的关系曲线进行校正(如上所述)、以及正常的Gamma校正与其它正常的TV色彩电路，色彩再现的保真度仍然受到通过投影系统的光的色彩成分(即色温)的限制。白炽灯照明虽然简单与廉价，会产生低色温，而得到一个“变红”的图象，而放电的灯，诸如金属囟化物、氙、汞、尤其是微波驱动的等离子体(即使工作了数万小时仍提供恒定的亮度与色温)产生较高的色温及更现实的白色与彩色。然而这些灯具有较昂贵的缺点，并且电源较大与较重，通常较难于使用与更换并且较为危险。如果采用了色温补偿滤色镜，可用白炽光源产生现实的彩色。损失一些亮度，便可将整个彩色光谱向兰色移动而产生更现实的白色与彩色。采用白炽光源的优点在于它们是坚固的、便宜的、安全与容易更换的，并只需小的电源或根本不需要电源。

可采取多种方法来延长光源的寿命。例如，微波激励的等离子体灯泡实际上具有无限的寿命，从而是消除灯泡更换的最佳选择。

为了延长灯丝灯泡的寿命，可使用电路在灯丝上通过平缓的直流电。再者，每当接通灯时，电路能缓慢地升高电压，以减少由急剧加热与灯丝运动引发的冲击。

为了使一个白炽灯泡具有最高的效率与高色温，必须使它具有紧密地绕成的灯丝，并且该灯丝在较低的电压与大电流上工作。这通常需要使用大而重的降压变压器。为了消除这一负担，各采用一个三端双向可控硅开关电路来切断负载周期，只利用各周期的一部分。选择适当的负载周期将向灯丝提供它所需的降低了的电压。还可以包含一个反馈电路来监视线电压及调节负载周期来补偿线电压变化，从而将一个恒定的降低了的电压馈送给灯丝。

这里所描述的投影系统由于在系统中的各点上的低效率而具有亮度限制。可采用各种方法来提高这些点上的效率，借此提高总体效率，并且可以极大地提高投影亮度。

所有光学部件的AR涂层明显地提高通过量，因为在每一个表面上没有涂层时会损失大约4％的通过量。由于在一个视频投影系统中有许多表面，如果不使用涂层会损失大量的光。然而AR涂覆在真空室中进行的，使工艺昂贵与费时，并且每次能涂覆的件数是有限制的。此外，某些部件完全不能涂覆，诸如LCD。为了克服这些限制，诸如聚酯树脂、聚酯薄膜、聚酯或其它透明材料的片或卷可AR涂覆后备用。需要时可用系数匹配的压敏胶将这种材料连接在所有光学表面上。由于这种材料容易切割，可以将它制成符合于早先成形与做成角度的表面。

另一种不需要真空提供AR涂层的方法是使用全息照相。通过控制至少成90度角的干涉光束之间的角度，与真空涂覆的多层介质涂层相似的一个多层干涉图形可以很快地生成。这种全息图可用于抑制反射并能附着在光学部件的表面上。此外，可将诸如光聚合物等只须简单不湿处理的全息感光乳胶直接涂覆在光学部件上，然后曝光与处理。

所有投影系统一个公共问题为集光光学部件的效率。通常，在投影系统中实际上只捕集与利用了灯泡所生成的光的一小部分。为了进一步改进系统的效率，可用多种方法来增加从灯泡捕集的及用在投影中的光量。在先有技术中，将一个诸如灯丝或电弧等光源与一个诸如非球面聚光镜这样的聚光透镜放置在后面带有球面镜的光源的前面。这种配置用在大多数投影机中并捕集某些向后与向前传播的光。然而，多数向侧面、上面与下面传播的光被浪费了。

利用这些通常浪费掉的光的一种较佳方法为使用图42中所示的多条聚光镜光径。两个聚光透镜4210与4220与两个球面镜4230与4240将捕集传统系统中两倍多的从灯泡4200发出的光。在当前所有的灯泡中，由于灯泡的一侧是用于将电力连接进灯泡或者电弧或灯丝上的，因此在这一方向上行进的光永远不能利用。从其余(向上)方向上来的光能够用一个附加的聚光透镜4250捕集并用反射镜4260反射进行系统中。这些光束可用这里别处所描述的方法结合进一个单一的光束中。

另一种利用这些否则会浪费掉的光的方法为围绕传统的聚光装置3920中的灯3900放置一个抛物面反射镜3910的一段，如图39中所示。这时便将否则不利用的光加以准直并向前送出加入从聚光透镜发出的光中。为了缩小得出的准直光束的大小，在多数应用中也许有必要采用各种光学方法，诸如图40中所描绘的由两个透镜制成的开普勒望远镜。

图41中描绘了另一种用于捕集更多的来自一个灯泡的光的方法。在这一装置中，将一个光源4100放置在一个椭圆面反射镜4110的一个焦点上。任何照射在这一反射镜上的光都将聚焦在椭圆的第二焦点上，在那里可用一个具有低F数的聚光镜将其捕集供准直用。然而，除了轴上的光以外，没有射中该反射镜的光(4101与4102)便损失了。这些光可以通过在第二焦点上放置一个准直透镜4130加以利用。这一透镜准直不命中第二焦点的光，而对于去往第二焦点的光则无影响。透镜4150能用于将接近轴线的光集焦在椭圆的第二焦点上供透镜4120准直。椭圆的最左部分可用一球面镜4140替代以增进总体系统准直。

另外，抛物面的一段4610可用于捕集与准直否则会损失的光。透镜4150与选用的球面镜414-0与图41中所示的相同地工作。这一点可在图46中看出。

图50中描绘了高效地使用一个椭球表面的另一种方法。在这一装置中一个球面镜5010使向后照射的光变成向前照射的光。透镜5020捕集向前照射的光并使之到达一个焦点上。一个周围的椭圆表面5030捕集未命中球面反射镜以及集焦透镜两者的光并将其送至集焦透镜的焦点上。在这一点上，可由焦点集中光并由一个单一的透镜5040加以准直。

捕集来自广角度的光的采集系统(诸如这里所描述的)通常具有大的孔径。这会导致大的准直光束。如这里所指出的，可用一个输出透镜的焦距比输入透镜的焦距短的一个望远镜装置来缩小这一光束的直径。这一光束直径的缩小是以增加光束内的非准直光线的角度来完成的。这导致了投影系统的内部光径在光线散布以前的长度受到限制，使得它不进入投影透镜。

如果想要得到一种特殊的系统设计，可采取若干措施来调节光线以便得到增加的内部光径长度。

图51中描绘了对付这种限制的一种较好方法。一方法是通过生成一个这里称作菲涅耳抛物面反射镜的反射器表面而完成的。(同样的原理可用于生成诸如菲涅耳椭圆反射镜等其它表面)。

通过组装一个抛物面的段(虚曲线)可构成一个具有窄的开口的等效抛物面5110(实曲线)。这样，准直光束不需要缩小得太多(如果要缩小的话)。从而，角度并不增加而准直长度仍然较长。

解决这一限制的替代方法为采用光导纤维缆中所用的思想。在这种光缆中，由于连续的低损耗内部反射，光线能行进一个长距离而光束直径并不增加，直到“隧道”的端部，在我们的系统中这便是放置光阀的位置。在显示系统中可利用光遂道得到许多重要的优点，诸如得到对图象形成元件更均匀的照明，以及使光束的成形符合IFE的形状。如果采用多个光阀，则可使用多条隧道。这种隧道可用镜面构成而不是用光纤，并可采取各种形状，诸如正方形、矩形或圆形。

隧道还可以扩张或收缩，使得输入与输出光束具有不同的大小与不同的发散度。诸如玻璃与塑料等实心材料利用全内部反射也能象反射镜隧道那样工作。一个反射镜隧道可以与图象形成元件的尺寸相等，或者大于或小于其尺寸，并且需要多长可以多长，而仍将大部分光线发放到放置在隧道的输出端后面的图象形成元件上。当隧道的截面变细而隧道变长时，光在离开隧道以前的反射次数增加了。除非表面是高度反射的(诸如95-99％)，明显数量的光可能损失。多次反射的一个优点是由于多次反射而在隧道的输出端上光线变得更均匀或“混杂”。结果，隧道输出端上的光束比输入端上更均匀，当光束中有“洞”、热点或其它不均匀性时这一点特别有用。一条长的隧道可用隧道之间的反射器、棱镜或其它重新导向元件加以“折叠”而构成一较紧致的系统，而总体隧道长度可以是长的。图象形成元件可以放置在隧道的输出端上或者换一种说法，隧道的输出可以集焦在图象形成元件上，将这更均匀的照明放在图象形成元件上。此外，使隧道的形状尤其是其输出孔的形状(两者并不一定是相同的)与图象形成元件的形状匹配，可以使光充满图象形成元件。这种方法可减少“溢出损失”，这在用一个圆形光束照射一个矩形孔的所有传统的投影系统中是常见的。这使得在系统效率并从而在亮度上产生极大的增益。

紧接在图象形成元件前面放置一个向场透镜能减小照射图象形成元件的光的发散角(从而提高准直度)。这示出在图67A与B中。在67A中，来自隧道6720顶部的光6710照射图象形成元件(IFE)6750，使光束6710的中心光线6730与IFE的光轴成θ角。最外侧光线6740与这一中心光线6730成φ角，使最外侧光线与IFE的光轴成θ＋φ角命中IFE。采用一个图67B中所示的向场透镜6760能使光束6710(以及其它的光)弯曲，而使其中心光线6730与IFE的光轴平行。这时任何光线与IFE的光轴的最大角只是φ。

由于所有光线都照射IFE而使整个图象上的亮度均匀，不论它们通过哪一个透镜阵列元件，都将以相对于IFE的法线的相同锥角照射阵列元件。这样，不论在IFE上什么地方，所有的光都通过各象素孔，这是因为各透镜阵列元件是用落在其接收角内的一个光锥照射的。

可采用非成象聚光光学部件来进一步缩小光束直径，本质上是光学地缩小光源的大小。这便可以使用具有较大的电弧或灯丝的较亮的灯泡。通常用于为太阳能采集器聚光的聚光光学器件能将光聚集到比原来的电弧或灯丝更小的区域中。这允许更大的准直，从而使更多的光进入一个更长的光径系统。常用于描述这种聚光器的名词为“复合抛物面聚光器”，虽然反射表面实际上具有双曲面的壁。非成象聚光器的两种当前已知的设计(起源于60年代)称作“边沿光线”聚光器与“几何矢量光通量”聚光器。

这种聚光器也能将侧面做成在一个平面内平的。作为一个例子，图68中示出了四个侧面在一个平面内平的一种聚光器。

聚光器也能用于产生均匀的准直光束。当聚光器扩张时，由于从斜面的反射而使光束扩张，这便降低了它的发散性并提高了其准直性。这虽然也能用一个圆形对称的聚光器来完成，使用一个具有在一个方向上平的侧面的聚光器可生成与IFE的高宽比相匹配的外形的光束。在图68中示出了这种聚光器，其中的光源6800在其后方具有一个球面反射镜6810以便将向后照射的光作为一个第二光源象重新成象在灯泡的实际电弧或灯丝上或后方。大的球面反射镜6820将这两个光源成象在聚光器6830的口上。在聚光器后面，透镜6840帮助提高光的准直性，然后照射在IFE6850上，在IFE6850的前方可以有输入透镜阵列。

为了进一步增加进入投影透镜从而到达屏幕的光量，必须将光阀到投影透镜的距离保持为最小(因此非准直光进入投影透镜)。为了做到这一点，必须将投影透镜的焦距与F数保持最小。

通常，投影系统的光效率受到系统中的光的准直程度的极大影响。光的准直性越低，能够完全通过该系统的光越少。当系统中存在较多的元件时这一点尤其正确。这里所列出的亮度增进技术，诸如输入透镜阵列，介电偏振器以及全息图、二元光学部件或棱镜等色散元件，在准直降低时变得十分低效。结果，为了利用这些亮度增进技术的优点并使最亮与最高效的投影机成为可能，必须在投影机内的光中提供充分的准直度。

适当颜色的激光源可用作这种投影机中的光源以得到最高的准直度，因为高功率的高效二极管激光器已经可以得到。可用诸如旋转相移片或静止多频相移片等已知方法消除斑纹。

不幸的是，为了使一个不连贯的光源更明亮，在选择了一种高转换效率的材料(诸如金属囟化物)之后及使得电弧(或者灯丝，如果使用的话)尽可能紧致之后，唯一能做的工作便是使光源吸收更高的电压，这不可避免地会增加整个电弧或灯丝的尺寸。然而，光源的尺寸越大，光的准直度越低，而能够通过光学系统的光越少。不论瓦数多大，这将呈现为在一个给定的系统上加上一个亮度上限。

然而，通过应用下述独一无二的方法优化光的准直性及使系统利用它的能力，可以达到进一步提高亮度。

呈现在准直光学元件(诸如透镜或抛物面反射镜)上的光源越小，光的准直性越高。这意味着将光源远离准直镜片、采用较大的镜片，从而产生较大的准直光束。从而任何光源，无论其大小如何，只要以间隔及形成大的光束为代价，都能高度地准直到实际上任何发散度/会聚度容限。乍一分析，准直光束的大小一超过光阀或其它要照射的图象形成元件的大小，这便没有用处了。然而，如果用诸如棱镜之类元件在保持准直的同时将其重新引导到图象形成元件上，这些超出的光便能加以利用。这便以对投影透镜设置一个较低的F数要求为代价，而使更多的光通过系统，这在许多情况中是可以接受的，并且是值得用来建立一个更明亮的图象的。

例如，考虑一个采用基于象素的LCD作为图象形成元件的系统。当前的有源矩阵LCD只有25％-45％的孔径比。一个典型的象素大小为60微米，在一侧上带有120微米的间距。采用这里别处所描述一个输入透镜阵列，只对高度准直光有帮助。有源矩阵LCD中的典型玻璃厚度为1.1毫米。假定折射率大约为1.53，这给出大约5度的接收角。例如，在10度角上命中一个透镜元件的光将主要聚焦在LCD的一个不透光区上，这比不存在透镜时会产生更多的局部加热与损坏。假定一个具有孔径比为25％的4英寸对角线的LCD，一个大约150瓦的典型金属囟化物电弧(大约4或5毫米长)将被相同大小的一个反射器准直成大约10°的发散度。主要由于光束中能量的高斯分布而将较大比例的光能放置在输入透镜阵列的接受角的范围内，因此可以通过采用一个输入透镜阵列来达到光通过量的某些增进(也许可以提高50％)。

然而，采用较大(较长焦距)的反射器，诸如8-9英寸直径的，可提高准直度，使大多数光在5°以内的发散度内聚集。事实上所有直接落在LCD上的光都将通过象素孔被输入透镜阵列聚焦。

使用围绕光束周边的棱镜将其弯曲回LCD上事实上能使所有的光进入LCD的孔窗。由于下述理由，即使这些光在5度接受角以上的角度上进入透镜元件，也能够通过。

透镜阵列与象素孔之间距离(玻璃中1.1毫米或0.7毫米的空气等效距离)远大于象素间隔(通常在100微米左右或更小)。因此，存在着某些能够照明具有大约5度接受角的LCD的角度。被一个小透镜聚焦的光(成直角命中小透镜之后)，不是进入它后面的象素而是进入下一个象素。图55示出当LCD在一条垂直轴上旋转时通过带有一个输入透镜阵列的LCD的透射光的强度。利用一个典型的LCD，旋转通过84度提供7个透射尖峰(大约每12度一个)，各有大约5度的接受角。

所采用的灯丝越大，光束必须为提供等效的准直度扩张得越大。可用一个第二棱镜组在更高的角度上将一个9度的圆外面的光改变方向到LCD上，该更高的角度对应于下一个透射尖峰角。因此，在本例中，光可以扩张到具有大到15英寸的直径的一个圆，而所有的光仍然通过一个只有3英寸宽的LCD。任何更大的尺寸很可能是不现实的，因为投影透镜的F数将成为低于可实行的(并且投影机将成为十分庞大与昂贵)。较大LCD与/或带有较薄的壁的LCD将更容易使更多的光通过。

在一个典型的视频LCD中，每隔一个水平行便从前一行位移一又二之一个象素的宽度以提供一种外观更为随机的象素图形。这意味着通过绕水平轴旋转LCD得到的尖峰比绕垂直轴旋转所得到的分开得更远。如果水平象素间距等于垂直象素间距，绕水平轴旋转的尖峰间的距离将是绕垂直轴旋转的尖峰间距离的两倍。

从LCD上方与下方来到LCD的光可从向上或向下转向两个象素行(两倍角度)或者可将它向上或向下转向到下一行上，然后用一个第二棱镜水平地转向半个象素。显然，各种配置都是可能的。

除了使大多数光在一个投影系统中有用以外，特别是结合其它能在准直光上很好地工作的亮度增进技术，本方法还具有下述两种其它的主要优点。

首先，光源-集光器组合通常建立不均匀的照射，其强度在图象平面上变化，并且可以见到彩色变化。这一技术将来自光源的不同部位的若干光束(通常为9个)互相叠加在一起，而得到更好的彩色与亮度的混合，从而得到更均匀的照射。可以改变棱镜角度以及棱镜与图象形成元件之间的距离来移动热点并更均匀地填充“洞”，以优化得到的照射均匀度。

第二，照射系统通常从光源采集光并提供一个圆形光束。另一方面，大多数象源生成矩形的画面。为了完全照明传统的投影机中的图象，矩形图象必须被圆形的光所包围，使得圆的直径至少要等于矩形的对角线。这能损失多达大约40％的光。刚才描述的技术将所有的光折叠进图象中而没有这种损失。再者，适当地选择准直光束直径、棱镜角度以及棱镜到象源的距离，可以提供最均匀的照射。为了使来自一个圆形光束的光能够更均匀地照射在一个矩形的孔上，可采用一对柱形透镜来更紧密地匹配图象形成元件的高宽比。图57描绘了如何将一个圆形光束的不同部分重叠在一个矩形图象上以获得高效与均匀的照明的一个实例。

采用图39中所描绘的高效复合集光器来采集来自一个均匀地照射的光源的大部分光的配置的一个实例的俯视图示出在图58A中而其侧视图则在图58B中。在这两个图中均未示出位于图象形成元件前面的投影透镜。

为了节省空间、重量与成本，可用菲涅耳棱镜来代替标准棱镜。

在另一个实施例中，可用椭圆反射器来采集光，尤其是在光源向前与向后只照射少量的光或不照射时(如在一个典型的轴向电弧中)，将光带到一个焦点上。可将一面热反射镜放置在靠近该焦点附近来滤掉大部分IR，这不需太大的反射镜。可用一块冷反射镜来反射光而进一步减少送至光阀的热量。从这一焦点散布的光一旦充分放大以后，便可用一个菲涅耳透镜来准直。这一配置的俯视与侧视图示出在图59A与59B中。图60A与60B示出用这一配置得到的一个样品系统在屏幕上的X与Y方向上的光强度的曲线。这里一个如果采用抛物面时在图象的中心上会具有一个“洞”的光源建立了一个均匀地照明的屏幕。

由于光充分地散布所需的距离以及为了将分开的光束送到图象形成元件并在适当的角度上重叠，采用这种配置的投影机趋向于较大的(例如，10英寸×10英寸×24英寸)。可利用各种方法来减小这些尺寸上的要求。

例如，可以适当地放置带有集光器(6110)的若干个小电弧(或灯丝)-低瓦数灯泡并将一个准直透镜(6130)邻接在图象形成元件(6130)上，如图61中所示。这将在适当的角度上产生各种准直光束(6140)以进入相邻的象素。

另外，可以充分地扩张一个较大的单一光源(6210)来产生所要求的准直，一旦被一个大透镜6270所准直，以后便可将准直光束的不同部分带到焦点(6250)上，这些焦点同样是适当地放置的(用反射镜、棱镜等)，一旦准直光束通过图象形成元件(6230)附近的一个准直透镜(6220)之后，便在适当的角度上生成各种准直光束(6240)。这种配置描绘在图62中。

在这一配置的一种较佳变型中，可用一个或多个中间聚焦透镜(每一光束一个)来成象各光束。图65示出增加了聚焦透镜6560。各透镜6560将准直透镜6570的一个部分(具有与IFE相同的形状)的象聚焦在IFE6530上。可以使图象填充IFE的一部分或全部。如上所述，柱形透镜可用于使光与IFE的高宽比相匹配。这一方法提供IFE6530均匀的照明而没有溢出的光，同时仍然在适当的角度上照射TFE6530，以供输入透镜阵列6580聚焦进象素孔中(如下面说明的)。在适当地选择的离轴角度上照射IFE的光将进入相邻的象素孔中，如这里所描述的。

在另一个较佳变型中，如图66中所描绘的，来自光源6600的光进入光隧道6610。透镜6620将隧道的输出端(与IFE6660形状相同)的象聚焦在透镜阵列6630(可以是菲涅耳透镜)的平面中。菲涅耳棱镜6640将图象的不同部分向IFE6660弯曲。聚焦透镜6650将6630处的图象的不同部分的图象形成在IFE6660中，并照明其一部分或全部。图象平面6630中的透镜通过棱镜6640将透镜6620聚焦在成象透镜6650中。6630的中心部分在6640处不需要棱镜。通过将来自隧道的光扩张到6630处的一个大区域上，使降低了发散度，并将准直度提高了放大因子的倍数。这最终缩短了平面6630与IFE6660之间所需的距离，同时提供了落入放置在IFE6600前面的透镜阵列的接受角内所需的准直度。

另外，透镜6620能将隧道6610的输出直接聚焦在IFE6660上(去掉6630、6640与6650)。知道了从隧道中发出的光的输出角以及输出透镜阵列的接受角(在别处说明)，便可确定所需的放大因子。然后，考虑IFE的大小，利用这一放大因子反过来确定隧道的输出出口所需要的大小。

在另一种配置中(见图63)，为了缩小整个投影的宽度，可以围绕光学系统(6310)的所有四面放置适当地定位的反射镜(6300)，以便光线充分地散布以产生所要求的准直度，同时仍在适当的角度上用一个准直透镜(6320)加以准直以照射图象形成元件(6330)。图63中描绘出在两侧上带有反射镜的这一配置，该图仅供例示用。

如果由于采用了三个光阀来分开调制红、绿与兰色图象而采用三条光径，则必须重新组合彩色图象来构成一个全色图象。可用各种配置来做到这一点，诸如图2中所描给的配置。然而，为了缩短光阀与投影透镜之间的距离，一个分色组合器立方体可将这一距离保持为最短。本技术中已知的这种立方体包括放置在一起构成一个立方体的四个等边三角形棱镜。在互相接触的面上包含分色涂层，以便带有彩色图象的三个光束组合成一个全色图象。

传统的直接观看光阀利用滤色片来建立全色图象。滤色片通过吸收工作，它们不幸地浪费大约三分之二的光，将光转换成热，这加重了发热问题。

制造彩色图象形成元件(IFE)的一种较佳方法利用在IFE上或与之邻接的一块基板上涂覆分色镜涂层。当涂覆在一块邻接的基板上时(构成一块分色滤色板)，所述分色滤色板可以和一个单独的IFE一起使用，或者与一个利用滤色片的IFE结合使用。后一种配置缓解了对分色涂层的窄带宽透射率的要求。可在一个拼合结构中象吸收滤色镜那样涂覆不同颜色的涂层。这描绘在图76中。紧接在IFE前面是一序列条纹镜。各镜的宽度为水平象素间距的两倍。任何两个相邻的反射镜之间的间隔等于水平象素间距。两个双凸透镜阵列将进入的光变换成一系列平行的光的线条。每一条光的线条的宽度等于IFE的象素的水平间距，而任何两条相邻的光的线条之间的间隔则等于光的线条的宽度的两倍。光在小角度上照射分色镜(取决于从条纹镜到分色镜涂层的距离，并取决于水平象素间距)。

任何给定的光的线条通过两镜之间的间隔，照射象素与半象素(如果相邻的两列象素是错开的，如图15B中所描绘的)的一个垂直的列，或者正好照射完整的象素(如果象素是象图15A中所描绘的那样布置的)。

为了清楚地理解，考虑命中一个单一红色象素的那一部分光。红色光通过红色分色涂层7610，而兰与绿色光则向后向上反射到反射镜7620上。从这一反射镜上反射之后，这些光束照射绿色象素7630，这是红色象素上面的下一个。绿色光通过分色涂层，同时最后一次从条纹镜上再次反射兰色光。这一兰色光通过兰色分色涂层与兰色象素7640。

在下面的实施例中示出了不用吸收滤色片制造这种彩色拼合结构的一种替代方法。图25示出一个准直的白色光束2500，用一个分色镜装置2540将其分成三个准直光束，一个红色光束2510、一个绿色光束2520及一个兰色光束2530。然后，这些光束通过一个双透镜阵列2550，每一个阵列中包含与光阀2560中的象素相等数目的透镜。以来自每一个透镜阵列中一个透镜构成的各透镜对构成一个伽利略望远镜，而生成一个缩小直径的准直光束。将透镜曲率选择为使各准直光束的直径缩小到三分之一。一个第二分色镜装置2570将彩色光束带到一起，但是由于反射镜中两块的位移而光束实际上并不重合，形成一个彩色的拼合以所选择的任何一种彩色配置(诸如上面描述并在图15A与15B中所描绘的两种配置)照射单色光阀。

产生彩色光束的拼合结构的一种替代方法示出在图26中。准直光束2600通过一个双透镜阵列2610，每一个阵列中所包含的小透镜的数目与光阀2620中的象素数目相同。两个阵列的焦距是不同的，使在2630处形成一系列准直光束。各光束的宽度等于一个象素的大小，而准直光束间的间隔则为象素间距的两倍。各准直光束贯穿一叠三块特殊反射镜。

这些“反射镜”包含镜面区，这些镜面区由镜面区的尺寸的两倍的透明间隔分隔开。镜面区的宽度选定为使各准直光束在与反射镜的法线成45度角照射在反射镜上时正好填满各镜面区。跟踪从小透镜之一发出的一个单一的准直光束的光径，该光束通过叠中的前两块反射镜2640与2650中的透明区，照射在第三反射镜2660上的分色镜面上。这一分色镜透过红色光并将兰与绿色光向下反射。这一兰绿色光束照射第二反射镜上的一个分色镜面区，它在平行于红色光束的方向上反射准直的绿色光束，而透过兰色光束。兰色光束照射在第一反射镜上，这是一块标准的第一表面镜，因此该光束是平行于红色与绿色光束的。这些红、绿与兰色光束照明光阀上的三个象素，光阀是单色的，但分别用红、绿与兰色数据寻址。另外，分色镜可以用体积全息图来代替以完成相同的结果。

在另一个实施例中，如图27中所示出的，准直的小光束2700(如上面所描述的)之一照射在折射/衍射光线的一个全息图2710，而分裂成主要是红、绿与兰色的光束。一个第二全息图2730或棱镜系列将离轴光束折回到轴上，从而形成平行的红、绿与兰色光束，然后便能用它们来照射一个全色光阀2720，如前面所说明的。

白色光在照射光阀或其它图象形成元件之前可通过棱镜、光栅和/或标准的、炫耀的、二元的或其它全息图面“分裂”成不同颜色的光束。不同颜色的光束将被弯折到略为不同的方向上。级联的两个(或以上)这种元件能够重新定向这些光谱上分离的光束使它们大致上平行于系统的光轴，或者使绿色成分大致上平行于光轴，而其它成分则在绿色光束的两侧，根据要求，向绿色光束会聚或者从绿色光束发散。这可用于定向照射光束的适当颜色的成分在正确颜色的滤色片上以提高原色的饱和度，而能够更精确地再现较大色域的彩色。另外，不同颜色的光束可以照明对应的象素而无须使用滤色片。

在图71中所描绘的一个较佳实施例中，一个白色光束7100通过这样一个元件7110(或者多个这样的带有不同色彩的累积分散效应的元件)以生成接近完全重叠的光束，其中各种色彩成分行进在一个略为不同的角度上。在图象形成元件7130上覆盖有一个透镜阵列7120，其中各透镜阵列元素7125具有一个等于光阀(或其它象素化图象形成元件)的象素的垂直间距的垂直间距，并具有象素的水平间距的三倍的水平间距(使得在水平方向上有三分之一水平方向上的象素数目的小透镜)。这一设计假定象素象图15A或15B所描绘的方法布置，其中各水平行交替色彩：R、G、B、R、G、B等等。如果交替的象素行互相位移，则透镜阵列元件也一样，以便互相匹配。在以互相略为不同的角度上行进的不同彩色光束由各透镜元件7125汇聚到不同的位置上而对应于带有各种色彩信息的象素，从而将光谱的红色端导向带有红色信息的象素，类似地，对于光谱的兰色端与光谱的包含绿色的中间部分也是一样。如上所述，放置在象素上的滤色片能进一步滤过这些光束而提高色彩饱和度。采用一个或多个附加透镜阵列可起到将来自光谱的各段上的所有的光聚焦到各象素中的作用，因此很少或没有光损失。下面对这一点要更详细地说明。另外慎重地选择发散角与透镜阵列元件7125的焦距及其与象素的间隔可用于通过有意识地使它们落在象素间的不透光间隔上而有选择地阻挡某些波长而滤过各彩色光谱段。

如果需要，可以修改该系统而使绿色光轴平行于图象形成元件的法线。为了做到这一点，如果采用棱镜，则它们可用具有不同的Abbe(阿贝)V数但具有相同的折射率的材料构成，诸如聚丙烯与聚苯乙烯。将棱镜相对放置将绿色光移到轴上，而保持色彩分散。如果采用光栅或全息图，它们可以制成具有不同的干涉条纹间隔的。

在一个替代实施例中，如图72中所示，将两个相同色散元件7210与7220互相相对地放置，使它们背靠背地放置时第一个的效应被第二个的作用所对消。然而，将这两个元件略为隔开一段距离，便可见到分开的色彩。在图72中，透镜阵列7230(其中的透镜在水平方向上也具有三倍的象素间距)中的各透镜阵列元件7235建立光源的一个聚焦图象。当各聚焦光束通过第一色散元件7210时，便将光源的聚焦点象发散成与进入光束的轴成一个角度的一条色彩谱线。然后，第二色散元件7220重新定向不同色彩的光束，使得当它们到达象素孔平面7240时中间色彩(绿色)平行于系统的光轴。再者，如下面所描述的，分离的一个或多个透镜阵列能将各光谱段聚焦进其对应的象素，因此不浪费光，或者不用这种附加的阵列，而用象素间的间隔来阻挡所要求的特定波长。

菲涅耳棱镜可用于降低大小、重量与成本。如果采用全息图或光栅，相位光栅能产生最高的效率。可使用第一级之一，而抑制其它的第一级、零级及较高的级。在特定波长上全息图与红外光栅工作得最好。结果，为了得到最大效率，可用三个，每一个为一种要求的波长(红、绿与兰色)形成尖峰。

使用相同的透镜阵列，另一种将光分成各色彩的方法采用分色镜。图73中示出了这样一个实例。在这一配置中，用分色镜7310、7320与7330(最后的反射镜7330可以是一个前表面镜或棱镜而不是分色镜)将一个白色光束7300分成三个色彩的光束。这些反射镜是放置成使它们引导它们各自色彩的光束通过透镜阵列7340中的各透镜阵列元件7345而照射适当的包含对应的色彩象素信息的象素7350。可采用前表面镜7315将反射镜7310反射的光束重新引导到透镜阵列7430上。

使用分色或全息系统来生成各色彩的光束的拼合可以结合滤色片的拼合结构进行。由于在照射滤色片之前光线是适当地上色的，被吸收得较少并可得到选择的饱和色彩。

利用偏振光平面的旋转的光阀系统，由于为了旋转偏振光，光阀必须用偏振光照射，而具有较大的效率损失。现今正在使用的系统采用片状偏振器制造偏振光，这种片状偏振器通过吸收除在所要求的方向上偏振的以外的所有光线而(低效地)生成偏振光。这浪费三分之二以上的光并使偏振器升温。在当今正在使用的光阀系统中，偏振器是安装在光阀上的。这样，当偏振器升温时，光阀也升温，从而限制了能够通过系统的光量。

解决这一光阀升温问题的一种方法是将偏振器安装成离开光阀一段足够的距离并直接冷却偏振器。

也能缓和片状偏振器的低效的一种较好解决方法是采用麦克尼尔棱镜用于偏振。麦克尼尔棱镜利用下述事实：当光在诸如布儒斯特Brewster角度上照射一个介电表面时，便分裂成反射的与透射的光束，它们是在一定程度上正交地偏振的。可以通过用真空喷涂在粘结在一起构成一个立方体的两个玻璃棱镜之间的表面上施加多层具有交替的折射率的介电涂层，而使这一效应成为最大。

当该立方体是适当地构成的时，进入该立方体的大约50％的光作为P偏振光透过，而大约50％的光则作为S偏振光被对角表面反射。由于大多数片状偏振器吸收65％到75％之间的照射它们的光，只需利用来自这一立方体的光束之一便能提高提供给光阀的光量，并极大地降低由吸收引发的片状偏振器升温导致的光阀升温问题。事实上两个光束都能利用，因此在提供偏振光供光阀应用的过程中所浪费的光是极少的。

通过用反射镜将立方体发出的光束之一反射成使其偏振平面旋转到两个光束并排地结合成平行的光束，两个光束便都能得到利用。如图44中所示，立方体4400所反射的S偏振光被反射镜4410向下反射，相对于水平线旋转光的偏振平面。在图中作为反射镜4420示出的一个第二反射镜将这光线在立方体发出的P偏振光的方向上反射，同时保持其偏振朝向不变。通过将这一反射镜放置成直角，这一光束将被向上反射到从立方体发出的P偏振光束的高度上。然后，这一光束由一个反射镜向前反射，或者如图中所示，由棱镜4430向前折射形成一束在其传播方向及偏振平面内都平行于立方体发出的其它光束的第二光束。可使用互相靠近的透镜与反射镜将各光束带到一个焦点上，形成一个单一的扩张的偏振光束。这里所描述的其它方法也能用来组合光束使它们同时照射光阀。

图54中描绘了利用偏振光束分裂器立方体5400生成的两个光束的一种较佳方法。用这一方法，将一个平行于立方体的介电涂覆的对角面的反射镜放置在邻接于立方体处，用正交偏振生成两个并排的准直光束。在光束之一中放置一块半波板5420产生两个具有相同偏振的并排的平行光束。必要时，可用面5430与柱面5440透镜改变得出的光束的大小与高宽比。

如果必须偏振一个大的光束，采用麦克尼尔棱镜会需要一个重而大的实心光束分裂器立方体，它的制造成本是昂贵的并且占用较多的空间。因此可以使用小的光束，虽然这可能要使用附加的透镜与附加的空间来改变光束的大小。不幸的是，缩小光束大小会增加非准直光线的角度，而导致在立方体中低效地偏振。可采用重量轻及占用较少空间的麦克尼尔板状偏振器，但它只能在非常窄的带宽上工作。在一个视频投影系统中，如本发明所设想的，可用一个分色镜系统将一个白色光束分成三个色彩成分光束。然后，将这三个分离的色彩成分送至三个麦克尼尔板状偏振器。虽然这的确节省空间与重量，但分离与重组色彩光束所需的光学器件可能占用与节省的空间与重量相等的量，甚至更多。再者，三块麦克尼尔光束分裂器板会极大地提高系统的成本。本申请人设计了一种“菲涅耳·麦克尼尔棱镜”，它的功能与Mac Nelle棱镜光束分裂器相同，但在板的外表面上具有许多小的锯齿形表面，每一个表现得象一个普通的棱镜。这一装置的重量比棱镜小得多、占用较少的空间、可在整个可见光谱上工作并且生产成本较低。

图78描绘了这一装置。在一个锯齿形部件7810的平表面上涂覆一个多层介电涂层7800，该部件最好用诸如聚碳酸酯等塑料制成。涂覆以后，将匹配的锯齿形部件7820粘接在它上面构成一块偏振光束分裂器板7830。准直光7840成45度角照射板7830。各对应的锯齿对(例如7850)象麦克尼尔棱镜一样工作，在垂直方向上透射P偏振光并反射S偏振光。这一P与S偏振光的分离发生在整个偏振光束分裂器7830上。如这里所描述的，S偏振光在去往IFE之前可从反射镜7860上反射并通过半波板7870而成为P偏振光。如同用一个标准Mac Neille偏振器立方体那样，这两个光束在照射IFE时能保持并排或重合。

这种偏振器和麦克尼尔偏振器一样，消除由吸收引起的光损失及标准片状偏振器的升温。此外，它消除了麦克尼尔偏振器中的棱镜的成本与重量，当要偏振的光束的大小增加时，它们变得较重与较贵。

图54中所描绘的包括光束分裂器立方体5400与反射器5410的装置同样可以小型化以减少重量与成本。图64A中描绘了做到这一点的一种装置。将一个直角棱镜6430连接在构成光束分裂立方体6410的棱镜之一上，便构成了一个长菱形6450，它可用诸如聚碳酸酯等实心材料制成。将一个适当的介电涂层涂覆在它们之间6420处的一个表面上之后，便可将这一长菱形体连接到立方体的另一个直角棱镜上。6440为图54中描绘成5420的半波材料。可以沿一条从进入光束6400的光轴偏离22.5度的直线布置若干个这种单元6450。这些单个的单元6450可以定位在平板6460之间，而平板则是用适当的固定件6470紧固在一起的。

进入这一偏振棱镜及反射器的随机偏振光束6400将被在一个垂直方向上被反射并作为一个线性偏振光束6480出来。

这一配置可加以修改以便用注塑模制容易地大规模制造部件6435与6415。这些部件在介面6425的两面上涂覆适当的介电涂层之后可粘接在一起。

照射复合结构6455的随机偏振光6405将被分裂成在垂直于它们的输入方向6405上行进的交替的P与S偏振光束6465。通过放置在相同偏振的所有光束中的半波材料6445之后，所发出的光束将是全部在一种朝向中线性偏振的。

如果需要，可以重新引导这一光束使之以原有的光束直径6485平行于原来的光束方向6405传播。这可以用诸如一个双凸透镜阵列6490与一个“菲涅耳镜”6495完成，该“菲涅耳镜”可包含从全内反射工作的镜面或棱镜。

由于图78的菲涅耳偏振器板7830必须在45度上照射，而图64B的菲涅耳偏振器板则必须在22.5度上照射，因此它们仍然占用与麦克尼尔偏振光束分裂器同量的空间。这一空间需求可通过利用若干种可能的菲涅耳偏振器配置中的任何一种来缓解。下面描述一些样板配置。

与双凸透镜一起使用的如图79中所描绘的用诸如聚碳酸酯制成的锯齿形结构将偏振白色光，即使它是法向入射在偏振结构上的。准直光7900照射双凸透镜7610(其中各正负透镜对构成一个开普勒望远镜)而形成准直光束7920，各准直光束的宽度为其对应的双凸透镜元件的一半。各光束通过第一塑料元件7950的一部分，该元件一面是平的而另一面则包含45度角的斜面。至少在从左至右向上倾斜的所有斜面上涂复有一个介电涂层7960，如本技术中已知的，该介质涂层由涂覆在交替的层中的诸如SI02与TI02等不同折射率的材料构成一个麦克尼尔偏振器。粘接在这一涂层上的有一个相同的塑料部件7970。通过基板7950的各所述光束7920与涂层7960交互作用使得所有的P偏振光透过从部件7970的平面出去，而所有的S偏振光则向右反射，并且再一次被涂层7960反射回光源。然后光束通过四分之一波板7940，后者将其改变成圆形偏振光。从反射镜7930上反射时，圆形偏振光反转其左右手旋性，并且在再次通过四分之一波板7940之后，变成P偏振光，允许它通过涂层7960与元件7970。因此，从元件7970发出的光束7980几乎完全由P偏振光构成。

图80中描绘了这一配置的一种变型。在这一配置中，部件8050与8070包含具有45度斜边的锯齿面，各部件连接在平行于光轴的一侧上。如在前面的实例中，双凸透镜8010生成宽度为双凸透镜元件一半的平行光束8020。P偏振光又通过多层涂料8060并通过8070出去。然而，在这一配置中S偏振光向一边反射到下一个斜面上，再一次从涂层8060反射到一个平行于光轴的方向上。然后这一S偏振光束通过半波板8040而成为P偏振光。这样，从这一偏振器出口的光束8080主要由P偏振光构成。

图81中描绘了这一配置的一种较佳变型。在这一变型中，部件8150只有一半8170的锯齿。由于两个部件上的所有锯齿都是一样大小的，这是通过将部件8150上的锯齿间隔开两倍部件8170上的锯齿的间隔而完成的。在8160上涂覆一个适当的涂层之后，将两个部件8150与8170和前面一样粘接在一起。在这一配置中，来自双凸透镜的P偏振光直接通过而平行于光轴。S偏振光从多层涂料8160上垂直于光轴反射，从8170进入相邻的锯齿。然后全内反射将光束反射成平行于光轴。通过半波板8140之后，这一S偏振光变成P偏振光。因此，最终光束8180中主要包含P偏振光。

可以重新布置锯齿以便在锯齿大小不变的情况下使双凸透镜与半波板段的间距增加一倍。这一重新配置描绘在图82中。

也能用图64中所描绘的系统的一种变型来做到这一点。这一变型示出在图85中，其中两个双凸透镜阵列8510将进入光束8500缩减到若干平行光束8520，两个光束之间具有一个光束宽度的间隔。这些光束在法向入射上照射结构8530，该结构可用两个注塑模制部件8540与8550制成。这些部件在用适当的多层涂料涂覆斜面8560之后粘接在一起。放置在每隔一个从8530发出的光束中的半波材料8570生成一个与输入光束8500大小相等与共线性的单一线性偏振光束8580(虽然它在一个方向上具有两倍输入光束8500的发散度)。

其它类似的变型也是可能的并且在本发明的范围之内。

另一种减小麦克尼尔或菲涅耳偏振器的大小、重量与成本的方法为采用全息图或简单折射光栅。

在宽带麦克尼尔或菲涅耳偏振器中所需要的棱镜采集进入的光并折射之，使其在布儒斯特角上照射在多层涂料上。输出棱镜同样采集从多层涂料发出的光并折射之，使之再一次平行于光轴。如果用适当的全息图或光栅来替代这些棱镜，便可在没有棱镜的重量的一个大为缩小的空间中完成相同的功能(由于多层涂料可以垂直于光轴放置)。

所有前面描述的麦克尼尔与菲涅耳偏振器都利用必须用真空喷涂施加的多层介电涂层。这是有点昂贵与费时的。可以扩一次曝光记录的全息图以较低的成本在短时间内提供这种多层涂层的替代品。这可以通过制成一个体积全息图来完成，其中干涉光束之间的角大于90度。感光乳剂内建立的驻波图形用一次单一的快速曝光提供高与低折射率的交替层。这种“层叠”在形式与功能上类似于用传统的真空喷涂建立的多层层叠。由于全息图在给定的波长上最高效地工作，在使用白光时通过叠加若干全息图(诸如一个在红色中形成尖峰、一个在绿色中形成尖峰及一个在兰色中形成尖峰)，性能可以得到优化。三个分开完成的全息图可以组合在一起，或者可以在同一感光乳剂中进行三次独立的曝光，在曝光之间用一种诸如三乙醇胺之类的试剂改变基准光束角或感光乳剂的厚度。

各种配置，诸如图54、64、80、81、82与85中所描绘的，可利用胆甾型向列液晶代替多层介电涂层。液晶的独特的各向异性光学性质使它们能够用于将非偏振光分裂成右与左旋圆偏振光束。光束中的一个经过反射之后，两个光束都变成了相同的旋性的圆偏振光。然后，通过一块四分之一波板将这些光束变换成线性偏振光。由于胆甾型滤色片在特定的波长上最高效，可利用若干“调谐滤色片”的夹层(诸如一块用于红色、一块用于绿色及一块用于兰色)来提供白色光的高效偏振。

这些方法中的任何一种生成能在法向入射上照射的相对地扁平的“偏振器板”或“菲涅耳偏振器”，它们能用在片型偏振器当前使用的地方以及片型偏振器不能使用的地方，这是因为通过片型偏振器的光太少。用途之一为在垂直的轴上偏振汽车的前灯及挡风玻璃。它能极大地减少对面来的前灯的眩光，同时使大部分其它光线，包括汽车自己的前灯照射在物体上反射回来的光，通过挡风玻璃而被司机看见。

线性偏振光通过一块普通透镜之后不再是严格的线性偏振光。这是因为一块透镜包括弯曲的表面，该表面由于上述介电偏振效应而可能改变通过它的光的偏振。当一块透镜的表面连续地弯曲并相对于光束的不同部分改变其角度时，便不同地改变了不同部分光束的偏振。这将降低一个光阀用偏振光生成的图象的对比度与色彩保真度。为了减小这一问题，如果采用偏振器，则应当尽可能将其放置在透镜后面。最好的办法是使用尽可能薄的透镜(即使成序列地使用多块透镜)，在弯曲的透镜表面上涂上高效的AR涂层以便在光线以一个角度照射在该表面上时减小可能遇到的偏振效应。

虽然麦克尼尔偏振光束分裂器允许大约50％的输入光作为P偏振光透过，但是各光束，尤其是反射的S偏振光是有点不纯的。换言之，透射的光束虽然主要是P偏振的，也包含某些非P偏振光，而反射的光束虽然主要是S偏振的，也包含某些非S偏振光。小量的这种“污染”能对肉眼非常明显，使得不可能投影完全黑色的区域，从而降低了对比度与色彩饱和度。为了解决这一问题，可以在麦克尼尔光束分裂器与光阀之间放置一个偏振器，并使它们的轴平行，这会损失少量的光，但消除了有害的偏振光，将对比度潜能从大约20∶1增进到大约1000∶1，并且只增加13％到35％的光损失，这与只用一个偏振器相比，留下两倍的光。

上面已经说明了应用分色光束组合器立方体在一个较小的空间内从三个独立的彩色图象携带光束产生一个全色图象。同样的立方体也可加以涂覆而作为一个麦克泥尔偏振光束组合器立方体工作。这一立方体将为应用偏振的光阀作为一个光束分析器工作。用这种配置，一个光束将透过立方体，而另两个光束将被内部表面反射。结果，透过的光束必定是P偏振的而反射的光束必定是S偏振的。从光阀发出而要由立方体通过的光必定是P偏振的，而其余两个光阀必须制成提供S偏振光中的图象。用这里所公开的麦克尼尔方法偏振的全部具有一种偏振的光，在进入要求正交偏振的光阀之前，可用一块半波板旋转。然而，较简单与经济的替代方法为采用全同的光阀(对于所要求的偏振而言)以及在光阀后面的一块半波板，该光阀从其它图象生成元件生成不同的偏振输出。

由于在象素之间存在着不透光的间隔而出现效率的大量损失，这在有源矩阵光阀中尤其明显。照射在这些区域上的光到达不了屏幕，降低了投影图象的亮度并使光阀发热。通常在照射这种光阀的光中只有25％到45％之间的光实际上通过它。为了克服这一问题，光必须填入使光线不照射在象素之间的不透明区上的象素孔中。

进行这一工作的较佳技术为利用透镜将来自聚光器系统的光聚焦进这些象素孔中。对于一个给定的光阀，象素孔的尺寸是固定的。选定一个灯泡便固定了灯丝或电弧的大小。为了使尽可能多的来自选定的光源的光进入象素，需要考虑一些因素。

虽然可以采用一个横向的灯丝或电弧光源，但最好是反射器内的一个轴向灯丝或电弧。这样选择有多种理由：1、光源距反射器越近，光的准直性越差。一个轴向光源距反射器最远，而在大多数光源中，横向光源距反射器较近。

2、轴向光源在侧面上辐射大多数的光供反射器反射，只有很少或没有光线去往反射器的底部或前方。横向光源将大量的光辐射在底部上，由于它接近光源，而是反射器上所有区域中性能最差的区域(对准直而言)，并且它向前辐射，完全不命中反射器，因此不能从反射器功能中得益。

3、反射器内轴向光源的对称性建立一个比横向光源所能提供的更为对称的对图象形成元件的照射。

4、为了用一个透镜阵列将图象聚焦到象素孔中，横向光源要比轴向光源缩小得多得多。由于实际缩小倍率是受限制的，采用横向光源会进一步减少能被透镜阵列焦聚进象素孔中的光量。

5、虽然采用一个球面背反射器与一个聚光透镜对解决这些问题中的某一些会有所帮助，但由于大多数光不能命中反射器与聚光透镜而光源的横向尺寸增加了一倍(使准直更差)并损失大部分的光。

用在图象形成元件中的玻璃的厚度限制了透镜阵列能靠得象素孔多近，并从而限制了透镜阵列的焦距能短到什么程度。聚光透镜系统的焦距对透镜阵列焦距之比确定了灯丝或电弧图象的缩小倍率。虽然我们希望大的聚光镜焦距，以便缩小因子足以将整个灯丝/电弧的图象聚焦到象素中，但增加聚光镜焦距会减少它能够从灯丝采集的光量。结果，我们必须使聚光镜的焦距尽可能地短，同时仍使灯丝/电弧的图象充分地缩小以便纳入象素中(考虑进行衍射斑点)。因此我们必须选择一种带有最小的灯丝或电弧尺寸并提供最低的可接受亮度的灯泡。给定了象素大小、最小透镜阵列焦距、灯丝尺寸、单位区域的最大灯丝效率以及最小聚光镜焦距，便确定了能够通过象素孔的最大光量。利用这些参数，便可选择一种光源与透镜，使它们对于任何给定的图象形成元件能使尽可能多的光量通过光阀。如前面所公开的，诸如采用准直全息图或采用非成象集光光学器件等技术能减小灯丝/电弧尺寸，使更多的光聚焦在象素孔中。

虽然在图象形成元件前面使用一个单一的透镜阵列能够提高一些通过量，但在一个由于光源具有有限的尺寸而光线不能真正地准直的实际系统中，仍存在着某些问题，这取决于所采用的光学配置。问题之一是不均匀的照射导致在各象素内出现结构。为了解决这一问题，一种方法是采用一个柯勒(Kohler)型照明装置。采用了这种装置，即使光源是不均匀的(诸如用一个灯丝)，照明区也呈现相当均匀。可将输入透镜视为集光透镜而将光阀后面的去象素化透镜视为系统的投影透镜。在本例中，光源图象是聚焦在或接近去象素化透镜的。图34中示出了这一点。图象形成元件(用于去象素化)后面的阵列上的任何点上的照度与光源的亮度及照射该点所通过的立体角成正比。如图34中所见，从位于图象形成元件3430后面的输出透镜阵列3420的中心用来放大象素的图象及消除图象中象素之间的间隔的照射角3410便是放置在图象形成元件前面的阵列元件3440所对的角，假定象素孔允许整个光锥通过到图象形成元件后面的阵列元件上时。当观察命中在图象形成元件后面的一个阵列元件的下边沿3450上的一个点的光时，我们可以看出象素孔限制了可利用来照射图象形成元件后面的阵列元件的光的锥角3460。从而，沿图象形成元件后面的阵列元件的边沿的照度将在50％元件中心上的照度上形成尖峰，而在元件的角上则下降大约25％。

由于各象素在其中心最亮而沿其边沿较暗，即使象素之间实际上没有间隔，在屏幕上仍可见到象素结构。这一问题可用一个第二或向场透镜来回避。如图36中所示，理想地位于象素平面处的向场透镜阵列3600将重新导向错失光阀后面的阵列3610的光(由于受到象素孔的阻挡)，而从最后的透镜阵列3610方向上看可得到均匀的照度。然而在现实中，向场透镜阵列不能正好放置在象素平面中。结果，我们可将向场透镜阵列分成两个透镜阵列，在光阀的一面一个，放置得尽可能靠近光阀。以图56中所描绘的这一配置，第一透镜阵列5610在第一向场透镜5620的帮助下将光源的图象聚焦在象素孔前面的一个区域5630中。第二向场透镜5640(即光阀后面的第一透镜阵列)协助将光导向最终透镜阵列5650。这一最终阵列放大象素的图象形成一个要用投影透镜投影到屏幕上的图象。如前面所说明的，象素的这一放大的图象紧靠在其相邻象素的放大图象上，产生一个由连接的象素构成的连续图象，在屏幕上没有象素之间的间隔。从图中可见，实际上并不需要第四透镜元件5650，并且第三透镜元件5640以放置在光阀后面许多不同位置中的一个上来完成去象素化。然而在本例中，可以看出实际上可将去象素化透镜放置在任何地方(给定适当的焦距)仍能均匀地照射象素而不会产生由象素孔导致的任何晕光。从而采用两个输入透镜阵列而不是一个，可改进象素照度的均匀性。

由于图象形成元件玻璃的厚度而存在着用一个透镜将光挤过象素孔的最严重问题，这一问题不能用图象形成元件前面的一个单一的透镜阵列来解决。图35描绘了来自光源的光聚焦在象素孔中的配置。

如果照明光源是一个真正的点光源，描绘成灯丝3500的中心，则作为通过光阀前面的阵列元件3510的结果，光线将聚焦在象素3520的中心上，然后完全照射在光阀后面的阵列元件3530上。这将导致屏幕上的各象素的完全均匀的照明，并且全部光源光都将通过象素孔。

然而，由于灯丝是延长的并不是一个真正的点光源，光将从其它位置以其它角度进入图象形成元件前面的阵列元件。如从图中可见，离开光轴3540进入图象形成元件的光将来到在象素孔边沿处3550的象素孔中的一个焦点上。任何从更大的离轴角接近图象形成元件的光将聚焦在不透光区上而不通过象素孔，挫败采用输入透镜阵列的目的。

作为将光聚焦在象素中的一种替代方法，可采用两个透镜阵列作为一个伽利略或开普勒望远镜阵列。用这一方法，进入第一透镜阵列元件的准直光将同样作为准直光进入象素。然而由于一个实光源具有有限的范围，准直的光束也进以各种离轴角进入第一透镜阵列。由于来自太大的离轴角的光将被导向图象形成元件的不透光区上而不能通过，因此又限制了通过象素孔的光量。

由于典型的有源矩阵LCD的玻璃厚度以及典型的象素孔的大小，能用放置在紧靠LCD外侧的透镜阵列生成的曝光时间最短的光锥大约为F6。用较薄的玻璃或通过在玻璃中建立GRIN(图象输入)透镜来形成LCD的一侧可以减小F(光圈)数及增加透镜阵列元件的接受角。这些方法中的任何一种都将透镜更靠近象素孔而产生大约两倍的接受角。畸变会限制F数的值的进一步减小。不采用这些需要新的光阀设计的方法并利用当前可以得到的LCD，提高通过图象形成元件的光吞吐量的较佳方法为基于采用两个输入透镜阵列的方法，其中第一透镜阵列在空间中建立一个象素孔大小的光源的图象。由于在途中没有玻璃隔板，可使用一个F2.5透镜，而加倍系统的接受角。第二透镜阵列一对一地将光源的空间图象成象在象素孔中，从而使图象形成元件玻璃的厚度不相干。这描绘在图69中，其中6910为第一输入透镜阵列元件，6920为光源的空间图象，6930为第二透镜阵列，而6940则为象素孔，形成在6940的图象为6920的图象。

使6920处的光源的图象和象素孔一样地小，可增加从它发出的光的角度，从而将光导向第二透镜阵列中的多个透镜阵列元件，并从而聚焦在多个象素中。因此在这一配置中将来自一个单一空间图象的光引导到每隔一个象素上(如图所示)。所有的光都通过象素孔，没有光聚焦在象素之间的空间上。在这一情况中，光对第一透镜阵列的输入角必须仔细地加以控制，否则交替的象素将具有与其余的象素不同的亮度级。为了减少对输入光的角度的仔细控制的这一依赖性，第二透镜阵列的透镜阵列元件的大小可以制成与象素孔的大小相等的(在各方向上将透镜阵列元件的数目加倍)，使得来自由第一输入透镜阵列元件形成的光源图象的光照射在若干第二阵列上的透镜阵列元件上以及相同数目的象素孔上，不漏过任何象素。这描绘在图70中。

变化是可能的。例如，由第一输入透镜阵列形成的光源的图象不一定是一个象素的大小。在本例中，可以改变透镜距离及焦距将光源的空间图象以1∶1以外的比成象进象素孔中。

再者，采用两个输入透镜阵列比采用一个输入透镜阵列优越。通过加倍输入透镜阵列系统的接受角，更多的光进入IFE的象素孔中，这是考虑到光不是完美地准直的。

如果灯丝图象不是均匀的，可以调整距离使第二透镜阵列元件将均匀地照明的第一透镜阵列元件的一个图象聚焦在象素孔中。

此外，还可采用三个透镜阵列，使第二透镜阵列元件形成(均匀地照明的)第一透镜阵列元件的一个象素孔大小的空间图象。用第三透镜阵列元件将这一空间图象成象进象素孔中。

可用输入透镜阵列将光送至IFE作为用一个成象透镜聚焦的结果，形成一条光隧道的出口的一个图象。紧接在输入透镜阵列前面使用一个向场透镜，弯折各光束的主光线，使它们平行于系统的光轴。采用向场透镜减小了在所有点上照射IFE的光的角度。这便允许使用与象素相同间距的输入透镜。

如果将透镜的间距调整为大于(对于会聚光)或小于(对于发散光)象素孔的间距，则其主光线不平行于系统的光轴的光(它可以是会聚的或发散的)能够寻址IFE并且仍然能经由透镜通过象素孔。

在使用聚焦在IFE的平面中的一条光隧道的装置中，例如，使用一个具有小于象素孔的间距的较小间距的透镜阵列(成象透镜小于IFE)，替代了对靠近IFE的一个向场透镜的需求。这样，命中在IFE上的任何给定的点上的各光线束的主光线便能平行于由各透镜元件及其对应象素孔所构成的光轴。这样，便将照射各透镜阵列元件的光的角度保持在最小值上，并使照射各象素的光锥保持在接受角内，而使所有的光通过各象素孔，而建立一个均匀地照明的图象。

在本发明的系统的一个较佳实施例中，刚才所描述的能够将系统效率增进一个大约为2的因子(取决于由IFE的孔径比引起的损失)的输入透镜阵列系统可以和这里以前描述的方法结合应用，在该方法中光在送至不同色彩的象素以前分成它的色彩。这一技术在系统效率上提供另一个为2的因子的额外增益，一起使用这两种技术，有可能将总的系统效率增进到大约四倍。为了一起使用这两种技术，必须将光学器件配置成使适当色彩的光照射在适当象素上。

做到这一点的一种方法描绘在图74中，其中，光已经分成在不同角度上照射IFE的三个不同色彩的光束。采用了两个输入透镜阵列。第一透镜阵列间距为水平象素间距的三倍而在垂直方向上与象素间距相等。第二透镜阵列具有两倍水平方向上的象素间距而在垂直方向上与象素间距相等。显然，其它变化也是可能的。

阵列7410的透镜阵列元件7415在两倍一个象素孔的大小上建立光源的三个象，一种色彩一个。透镜阵列7420将这些源在2X的缩小倍率上成象在象素孔7430中。由于几何学原理，如在图中可以看出的，任何一种给定色彩的一个源象是成象进每隔两个象素的一个象素中的，该象素对应于该色彩数据。这便以潜在的四倍增益生成了一个适当地着色的图象。

如果采用了一种生成分开的、主光线互相平行的不同色彩的光束的分解色彩的方法，则第一输入透镜阵列7410(如果有必要用来形成光源的彩色空间图象)可以具有与第二阵列7420相同的间距。

如果采用了一种生成一个连续的光谱而不是一种色彩一个光束的三个离散的光束的分解色彩的方法，则可以使用一个具有与阵列7420相等的间距的附加透镜阵列。放置在阵列7410与7420之间的这一阵列将这样工作，使得各元件取出阵列7410中的各透镜元件7415所生成的光谱的三分之一，并建立一个两倍象素孔的宽度的空间图象。然后，和前面一样地发生由阵列7420将这样空间图象以2∶1成象进象素孔中。

前面的实例假定滤色片(如果使用的话)是在象素平面中的。如果在象素平面以外使用滤色片，则需要不同的配置，这取决于将滤色片放在何处。如果将滤色片放置在靠近光源的彩色空间图象处，相同的装置能够正常地工作。然而，如果将滤色片放置在紧靠IFE的外侧，从而接近最终的输入阵列，则必须使用不同的配置。

在这一情况中，如果光束(白色或彩色)通过这些不平行于系统的光轴的滤色片照射IFE，则必须仔细地选择它们的角度使得适当色彩的光束通过对应色彩的象素。离轴照射IFE的一个任何给定色彩的光束，如果它垂直地位移两行或者如果它水平地位移一又二分之一个象素并且垂直地位移一个象素，则该光束仍提供一个正确的彩色图象。用已知的或这里所描述的光学方法很容易做到这种位移。这是假定象素是象图15b中所描绘的那样布置的。

相同的光学技术同样可用在一个单一的输入透镜阵列上。显然，这里所描述的方法的各种组合可用来组合系统中的优点。

作为一个例子，可采用多个光源，每一个光源聚焦在一条独立的光隧道上。通过仔细地选择适当的离轴角，便可将各光隧道的输出聚焦在同一IFE上，使得各离轴光束能象同轴光束那样通过相同的透镜阵列元件之后进入一个象素后面的IFE中。

一旦光线塞入象素孔之后，它十分可能作为一个发散的光束从其中发出，在诸如5度的一个窄角度上发散。虽然这对于投影是有利的，但当将这些技术应用在直接观看时，可能会认为可能的视角太窄。通过在成象元件(诸如一个LCD)后面采用一个将各象素的象聚焦在一个后方屏幕上透镜阵列来显著地增加视角。这种屏幕，尤其是具有这里所公开的带有可选择的增益与视角的那种，能够在所要求的广角上使显示均衡地看见。即使象当前的直接观看的显示器那样不使用将光线塞入象素中的技术，这一技术也是有用的。这些显示器，诸如用在膝上型计算机中的，当从与显示器不成正交的角度上观看时，也同样存在着色移与损失对比度的缺点。这些问题可以用这一技术来消除。一个带有高透射率的高增益屏幕能够提供几乎与直接观看的显示器一样明亮的图象，但具有更宽的视野。即使是象LCD那样的具有较窄的视野的漫射显示器，其视野也能用这一方法增大。

随着“遮幅(letter boxed)”电影的日益走俏(这种电影更接近电影院放映与高清晰度电视的高宽比)，出现了也能浪费光的另一个问题。

由于在没有信号作用时，光阀通常不是完全不透光的，遮幅图象在其画面的上方与下方本来应当完全黑的区域中可能漏光。为了消除这种漏光，可在光阀上尽可能地靠近图象平面的顶部与底部区域中加上不透光的“挡板”，以保证在图象区小于光阀的有效区时，没有光线进入屏幕上应当是黑的区域中。

为了消除出现在这种情况中的光的浪费，可在光阀前面的光束中使用一对柱形透镜或棱镜来改变光束的高宽比从而使所有可利用的光只照射带有图象的区域。

用这些方法，光源的空间凝聚性越高(更接近“点光源”)，这些方法的工作效率越高。然而，为了产生更多的光或者使灯泡的寿命更长，要求使用较大的发光区。为了用这里所描述的技术利用这些光源，必须用将光“灌进漏斗”的办法将光源大小缩小到一个小点。

另一种将光塞入象素孔的方法为采用一个光纤束，其中，输入端是紧密地装在一起的而输出端则配置成使各光纤与其邻接的象素孔大小相等。

在一个视频投影系统中还有一个从未看成是浪费光的光的浪费源。这便是由于某些区域应当呈现为较暗的区域而从图象中的这些区域上去掉的光。这便是为了能在屏幕上产生亮度变化来建立一个图象而不应到达屏幕的光。然而，这些光不一定要全部损失。

采用一个利用偏振光的光阀，在光阀后面使用了一个偏振器作为一块分光镜工作。不应出现在屏幕上的光从光阀出来，垂直于这一偏振器/分光镜偏振，从而被偏振器所吸收。这也产生一些热量，如果偏振器接近光阀，便能使光阀升温，并且由于只有25％至35％的光应当到达屏幕而使它们通过偏振器/分光镜，所以也是低效的。通过使用一个麦克尼尔偏振光束分裂器或一个菲涅耳偏振器(如这里所描述的来代替最终的偏振器/分光镜，可以实现一些优点。没有吸收便不会出现加热。由于接近50％的光出现在各光束中，接近100％应当去往屏幕的光通过分光镜到达屏幕。在从麦克尼尔分光镜出来的通常会被一个片状偏振器吸收的光束的光径中的一块平面反射镜能将通常要浪费的光束反射回光源，在光束是准直的范围内供通过系统重新投影。该光束将重新跟踪其通过系统的光径，结束在聚焦在光源的中心上，供集光反射镜采集后重新通过系统投影。虽然这些光中的大部分将由于不平行性及最终不能重新跟踪其光径通过整个系统，并由于从第一麦克尼尔偏振光束分裂器或菲涅耳偏振器出来的光在其回到灯泡的途中的不适当地偏振的光的损失，而不能到达屏幕，但仍能在图象上增加某些亮度，这是在不采用这一技术时得不到的。

这里所公开的各种节省光或“亮度增进”技术能够极大地提高包括投影系统及诸如LCD等直接观看系统在内的大多数显示器的光输出。

作为能够达到多大改进的一个实例，考虑一个单个LCD型投影机。采用较高效的光采集能使亮度加倍。将光束成形为符合LCD能得到30％以上的增益。采用一个利用二次偏振的非吸收型偏振器能使亮度加倍。将白色光分裂开使得适当色彩的光寻址适当的象素而使光不被吸收能使亮度增加一倍以上。使用充分准直的光束匹配输入透镜阵列的接受角能使亮度增加一倍以上，取决于LCD的孔径比。由于这些增强是相乘的，将它们相乘得出一个比标准LCD投影系统高大约20倍或大于2000％的理论亮度增益。现实世界中实际能够达到的增益通常小于理论上预测的，但无论如何总是十分显著的。

许多投影格式可结合所公开的视频显示系统应有。除了弯曲的、方向敏感的、高反射率屏幕，较便宜的、较宽地发散的屏幕也能用于这一系统中。一个正规的电影屏幕或者甚至墙壁，对于具有这样高亮度的系统也已证明为足够的。将这种单元垂直地安装或者在投影透镜上安装一个前表面镜，便能将图象显示在卧室天花板上。这一技术允许躺在床上方便地观看视频映象，而不会引起颈酸背疼。

也能做到后屏幕投影。传统的后屏幕电视利用一个双凸透镜及一个菲涅耳透镜来得到足够的亮度。这在图象上加上一个可察觉的图形并在水平与垂直两个方向上产生受限制的视角。这种屏幕和传统的CRT一样，向观看者反射环境光，产生眩光而增加观看者的眼睛疲劳。采用本系统，亮度大为提高，允许更广的视角，并且提供一更流线型、重量轻及美观悦目的显示单元。

高亮度允许采用具有宽发散角的灰色褪光(即网纹)屏幕材料。这种材料能产生事实上可以从任何角度观看的具有均匀的亮度而无眩光的图象。这种无眩光屏幕，结合通过选择灯泡类型与工作电压来改变显示的亮度与色温的能力，还能为必须长时间注视一个视频显示终端的个人提供显著地减少疲劳的显示。

最高效的屏幕类型之一(前方或后方)可用全息照相制成。用全息图，可以生成具有预定扩散图形的漫散体，产生所要求的漫射，并具有精确地修整的亮度分布特征。效率能接近100％。对于简单的特性，干涉图能够用光学方法制成，而对于较复杂的特征，则可用计算机生成。可用脱色的或明胶相位全息图或者镀膜模压全息图来生产高效的实际屏幕。

对于后屏幕投影，不是将投影机放在屏幕后面数英尺远处以使图象扩张到足以充满屏幕，而是使用一个或多个反射镜来将光束反射一次或多次以便在一个较小的柜内扩张图象。例如，大约18英寸深的一个柜子可用于充满对角线长度50英寸的一个后投影屏幕。

当在有大量环境光的环境中观看投影在屏幕上的一个图象时，屏幕上本应是暗的区域会被环境光所充满，从而降低图象的对比度。可以构造一种屏幕，它们在前与后投影时，都能在高环境光情况中提供具有高对比度的明亮图象，这种屏幕的前投影型式描绘在图46中，它包括一个正规的前投影屏幕，诸如一个粒状的、均匀白色的或镀金属的屏幕。在屏幕上方有一块带较窄的水平缝的黑色屏罩。将一个双凸透镜放置在带缝屏罩的上方，该双凸透镜的柱形小透镜是水平朝向的。每一个柱形小透镜有一条用于它的缝。为了最大的通用性，带缝屏罩是可以在垂直方向上调整的。来自投影机的光在这一屏幕的双凸镜片上聚焦一个图象，将该图象分成与水平柱形小透镜对应的许多水平子图象。各小透镜将其图象分量聚焦在一条细线上，该细线通过屏罩上的对应缝而受到它后面的屏幕的反射。这些反射光被柱形小透镜再一次扩张供从所有角度上以高可见度观看。来自投影机以外的任何高度上的到达屏幕上的环境光(它们构成绝大部分环境光)将被小透镜聚焦在黑色的光吸收层上而使观看者看不见。

这种屏幕的后投影型式是通过将两个水平地朝向的双凸透镜片背靠背地从它们的平面互相相对地放置构成的。上述带缝屏罩放置在双凸透镜片之间。可以选择地将一种高透射后屏幕材料放置在带缝屏罩附近(也在透镜片之间)。该屏幕与前投影型式屏幕用相同的方式工作以消除环境光到达观看者。在前与后两种配置中，带缝屏罩可以上下调整，以便来自投影机的光正好通过这些缝，这取决于投影机相对于屏幕的高度。

可用诸如有机荧光玻璃等基板上的一层微棱镜将后投影屏幕制成带有选定的增益的。通过使用诸如硅或聚合物分子等具有非平行面的透明分子，微棱镜可以是在分子级大小上的。提高分子密度和/或涂层厚度会降低增益并增加没有明显亮度下降的视角。按照申请人的看法，最佳增益是正面观看屏幕时感觉到的亮度(大多数观看都是这样进行的)与没有明显的亮度下降的最大观看角的一种折衷。实验表明最佳折衷在1.3与1.4之间的增益。可加入炭或染料分子来调节觉察到的图象色温，建立较深的黑色以提高对比度，并提供环境光的吸收。在增益为1.3的屏幕中加入碳与染料而产生45-48％的透射率给出透射图象亮度损失是对对比度改进与环境光吸收改进的最佳折衷。

可用多种方法制造全息照相屏幕来达到相同的目的。例如，可用刚才描述的具有选定的增益的屏幕制成一个全息图，通过使用大透镜或一个第二全息图将屏幕聚焦在全息图的平面中(如本技术中已知的)。使用法向入射的一个基准光束或者投影机最可能采用的角度照射加工好的屏幕，大约1∶1的光束比将得到比原先全息照相的屏幕更高的透射率，尤其是如果所使用的是相位全息图(诸如脱色的银、DCG或光聚合物)。

另一种制造具有特定增益的全息屏幕的方法为使用一个用选定的亮度在不同的角度上仔细地照射的半球形漫射体作为全息图的“目标”。

全息屏幕可通过用适当的参照成型刚才描述的“目标”及其干涉作为一个计算机生成的全息图制成。

全息屏幕具有能够在水平与垂直方向上互相独立地调整增益与视角的优点。

利用来自光阀的光通常是偏振的这一事实，通过在一个屏幕的一个或两个表面上放置一个线性偏振器可以提高一个具有比较小的图象亮度效应的屏幕对环境光的排斥能力。只有一小部分照射屏幕上的环境光会到达观看者，而其轴线与来自图象的偏振光的光轴一致的偏振器对图象的减弱作用较小。

由于偏振材料是方便地以一个固定的轴相对于材料卷的长度朝向制成的，当将这种偏振材料放在屏幕上时，其轴线不能与照射它的偏振光束的轴相一致。这可以通过在光束中放置一片半波材料并旋转它来得到最大的屏幕亮度而廉价地加以解决。半波材料可以放置在投影机中，或者放置在投影透镜上或其附近，在那里光束是小的，能够使用一块小的材料。

镜对称地从偏振器的表面反射的环境光将反射到观看者而不受偏振器的减弱、虽然这通常表示一小部分环境光，但在某些情况中仍然是令人讨厌的。为了明显地减少这种镜对称反射，可用漫射体图形模压诸如聚酯、聚醌树脂或其它热塑性材料的一个薄层。这一图可以是一片磨砂玻璃或其它非平面表面。可用一种折射率匹配的压敏胶将这种材料施加在偏振器的表面上。

另外，偏振器也可AR涂覆或粘接在AR材料上，如这里别处所描述的。

这些方法在前与后投影屏幕上都有用。

可以用另一种方法来减少环境光反射。可将视频投影机的图象聚焦在一束紧聚在一起的光纤的输入端上。这是在图17中作为1795示出的，将光纤束的输入端放置在投影光束中而不是屏幕1790。光纤1797的另一端可以是平的或抛光成透镜，或者可以耦合到透镜上。这样，每一根与相邻的光纤分开的光纤便能放大(由于光纤是分开的并由于透镜)及发送一部分图象到一个后方屏幕上(最好每一根光纤一个象素或一个象素的一部分)，从而将图象放大预定的量。复合图象将呈现为连续的，建立一个非常大的图象，由于光纤可以弯曲而只须数英寸的柜子厚度。这一技术还消除了用任何其它子系统来填充象素之间的间隔的必要性。使用在输出端上分散开的光纤、没有透镜、及没有屏幕的光纤屏幕，结合用黑色的光吸收材料来填充光纤之间的间隔，可以在具有高环境光的区域(诸如室外看台)中生成明亮的图象。这是因为光纤束的输出端的大部分表面区将吸收环境光，同时所有带图象的光仍将送至观看者。然而，由于在光纤之间引入了间隔，这是以建立一个象素样纹理为代价完成的。然而，在这一环境中观看一个大的投影图象时，观看者通常位于离开屏幕一定距离处，这将使观看者看不见象素纹理。

图14示出了艺术型与未来型投影系统的一个示例。可将视频投影机1401安装在一个支柱1402上，将一个图象投影在一块反射镜1403上。反射镜1403能反射图象将其聚焦在安装在框中的呈现为“挂在空间中”的一个特殊后屏幕1404上。屏幕本身可用几乎任何后投影材料的极细的条1405制成。通过在每一条上带有一个齿轮的各条的两端上安装一根轴，可用电机驱动器来打开(将条放平并平行于地面)与关闭这些条(垂直地面放置，建立一个实心后屏幕供投影)。在打开位置上，屏幕呈现为空间中的一个透明窗口。当接通投影单元时(例如用遥控)，这些条能够同时及快速地闭合，而建立一个“空间中的视频图象”。

不论采用什么投影方法，都能出现两个其它重要问题。除非投影表面是垂直于投影光束的光轴的，图象中没有精确地聚焦在屏幕表面上的画面部分将蒙受梯形畸变与模糊。如果将投影机安装在地板上、低的桌子上或者天花板上而将屏幕对中在一面墙上，这一问题是固有的。CRT系统用改变电磁扫描线的偏转来处理梯形畸变。然而，某些基于光阀的系统具有预定的象素位置而不能利用这一技术。

结果可以构造一种合成透镜系统。变焦镜通常通过改变投影光学器件之间的相对位置来改变投影图象的大小。然而如果采用不同曲率的透镜件也能做到这一点。本申请人的系统可采用成形为似乎在它上面加上了两个变焦距透镜的一个透镜，一个在标准透镜的上面一个在下面模制成一个透镜。大到足于包围来自光阀的整个光束的透镜的中心区建立一个矩形的投影图象。但如果相对于光阀升高或降低这一透镜，则放大倍率跨越图象变化，导致梯形图象预畸变，使光阀的图象的顶边或底边成为梯形的最长边。从而，可根据视频投影机与屏幕所成的角度，向上或向下调整该透镜，借此消除梯形畸变效应。

变焦距问题可用一种称为“沙伊姆弗勒(Scheimpflug)校正”的较少有人知道的照相技术来校正。如果要摄取的场景具有大的景深并且使用了一个相当大的光圈，同时聚焦场景中所有物体的唯一方法是倾斜透镜与胶片平面，使得通过场景中的所有目标画出的一条线在同一点上与通过胶面平面所画线及通过透镜平面所画的线相交。在相机中，这是以下述方式完成的。利用相同的逻辑，倾斜光阀平面与投影光学器件的平面，与一条通过屏幕平面的一条线建立一个交点的一次机械的调整能使整个图象在焦点上，即使投影机的光束不是垂直地描准在屏幕上也一样。

科学幻想总是将未来的视频显示器描绘成挂在墙上的一个薄而大的屏幕，而现代技术专家已为此目的工作了数十年。将一个图象投影到一面墙上这一思想几乎已经实现。然而，由于在投影透镜与墙之间不能放置任何东西，而投影在墙上必须将投影距离作为一部分包括进系统中。申请人已设计出一种新型的屏幕，它能消除这一插入的空间或投影距离。用这种屏幕，可将投影机放在它下面或者甚至装入屏幕本身，而整个设备的厚度不会超过几英寸。这种屏幕利用一个小直径的光束在非常斜的角度上照射在一个表面上能够分散在极大的距离上这一现象。当光束的传播方向接近平行于表面时，即使该表面上百倍大于光束的直径，该光束也能照明整个表面，在光命中表面以前不需要投影距离。光束照射在一个斜表面上的散开，在一个方向上“扩张”光束的尺度。如果该表面能再度在一个与第一表面正交的一个斜角上将非常宽的光束再引导到另一个表面上，则光束便能再度在正交方向上散开而无需投影距离。

这一再度导向是用带锯齿形元件的一个表面实现的，各锯齿的斜面镀成镜面4700而构成一个“菲涅耳反射镜”。如图47中所示，这将在一个大面积上散开光线，但是将产生水平的光条纹，在条纹4710之间带有暗的水平条纹。这些反射器越小及数量越多，则图象中的黑色条纹越不显眼。为了使光的覆盖连续并消除暗色的条纹，只需将各锯齿的斜面略为弯曲而将命中一个给定的锯齿的光段充分地扩张以覆盖被该锯齿所反射的光带两侧上的暗带的一半，另外，也可在锯齿形表面与成象区之间放置一个双凸透镜。

另一种制造按要求工作的一种表面的方法为利用已知技术制造一个全息表面，该表面能将光线再次引导到方向上。

如果瞄准在这种“菲涅耳反射镜”上的光束中包含一个图象，则该图象将在一个方向上散布在菲涅耳反射镜的表面上。如果将菲涅耳反射镜4800放置成与一个后屏幕4810成一斜角，如图48中所示，则此时图象将在正交方向上扩张而充满整个屏幕。然而，由于从一个后屏幕观看的图象当面向照明屏幕的光源观看时呈现为最亮，因此只有在一个斜角上观看时屏幕才是最亮的。加上一个第二菲涅耳反射镜4900在一个与屏幕4910正交的方向上再次引导光线，当从垂直方向观看时，屏幕上可以看见的图象最亮。(见图49)。

另外，在从各菲涅耳表面反射之后，不利用弯曲的锯齿表面或双凸透镜，则可紧接在最终看见的屏幕前面放置一个球面透镜阵列以消除图象段之间的间隔。

用菲涅耳反射镜方法投影在屏幕上产生两种畸变。由于图象在传播中在所有的方向上散开，走得越远图象就越宽，其最远端宽于其最近端。当从第二菲涅耳反射镜反射时，将在正交方向上重复出现这一梯形畸变。这两种梯形畸变可通过用适当的透镜在与将由于散布而出现梯形畸变的相反方向上在两个轴的方向上预先梯形地畸变该图象而加以校正。第二种畸变是由于从投影透镜到图象的最近部分与从投影透镜到图象的最远部分的距离上的极大变化而引起的聚焦畸变。这种聚焦畸变可通过相对于光阀平面在与屏幕倾斜相反的方向上倾斜投影透镜而加以校正。这种倾斜采用Scheimpflug校正(上面描述的)使整个图象聚焦在屏幕上，即使它是以斜角投影的。这种屏幕可用于任何类型的图象的投影，同样包括幻灯片与电影。

虽然投影系统一般将图象投影在某种屏幕上，但在某些情况中直接投影在眼睛的视网膜上是有利的。由于一个光阀，诸如一个LCD，可以制造得非常小与轻，并且采用这里所列出的某些技术，可以制成一个非常紧致与轻的高效投影器。这便可将这种系统安装在头带或眼镜上，以便给观看者自己的私人观看屏幕。由于可以投影在整个视网膜上，观看者便能看到整个视野覆盖着图象。如果图象只投影到一只眼睛中，观看者能够在他周围都看到投影的图象，但是，它将呈现为叠加在现实世界上。这种技术对于私人观看电影或保密数据特别有用，别人是看不见的，或者用于提供一个连接在计算机上的计算机屏幕来代替监视器。这一应用可使观看者的头部与身体从长时间限制在一个位置中解放出来。

代替传统的投影透镜或集光系统，可用诸如透镜阵列等紧致的光学器件将各象素成象在视网膜上，每一个象素有一个对应的小透镜。另外，也可采用复合全息光学元件或者使用互相以反射面相对的多个弯曲的反射器，用轴上的或离轴的元件将一个光阀反射与成象在视网膜上。

本发明可用于三维电视投影。一种完成三维投影的方法为采用两个投影系统，一个光阀系统的偏振器垂直于另一光阀系统的偏振器。将从两个分隔开的摄象机得出的立体视频信号送出并投影到一个非退偏振屏幕上能使戴偏振眼镜的观看者看见全色三维图象。可将两个光阀系统放置在一个外壳中而构成一个单一透镜三维视频投影系统。可用一个麦克尼尔)棱镜在内部联合两个正交偏振的立体图象。另外，不使用图5的第一“条纹镜对”502与503中的第二反射镜503，可用通过一个简单光束分裂器装置的另一个光阀的象素填充一个光阀的象素之间的水平位移的间隔，而建立一个水平交错的正交偏振的三维图象对，供通过该单一的投影透镜投影。条纹镜502可以在45°角上相对于来自第一光阀的光的轴倾斜。来自这一光阀的象素的光将通过条纹镜的透明区。其轴垂直于第一光阀的轴的第二光阀反射来自条纹镜的镜面区的光，产生一个从具有正交偏振的两个图象合成的交错复合图象。

另一个种可采用的三维投影方法为自动立体三维投影。这一方法不需要任何特殊的眼镜用于三维观看。背靠背地放置的两个全同的双凸透镜屏幕，以它们的柱体垂直地朝向，可选用地在它们之间带有一个薄的半透明屏幕，当在不同的角度上用两个或更多视频投影机投影在它上面时，便带有立体的或多视角的信息。图象可从屏幕对侧的空间中的各种位置上观看。当一位观看者绕屏幕移动到不同的位置上时，便可逐个(每次一个)看到这些图象，不会产生图象重叠。这便在空间中建立了若干无畸变的以及幻视的观看区。如果某人将其眼睛放在一个无畸变观看区中使得一个图象进入一只眼睛，则将看到一个三维视图。许多观众能够一次从若干角度与位置观看一个无畸变的三维视频图象。这种屏幕也能用在一个双凸透镜后面带有一块正规屏幕的前投影中。

另一种为三维观看准备立体视觉数据的方法使用半波板条将偏振平面旋转90°而提供交错的象素列。对这些列这样寻址，使得每隔一列产生一个右眼图象而插入的列则产生一个左眼图象。另外，不用交错的列，也能用交错的行来呈现左与右眼图象。其它的呈现方式可用来提供左与右眼图象的更均匀的集成，诸如令各行包含交错的左与右眼图象象素，后面跟随着位移一个象素的一行，从而产生一种左与右眼象素图象的棋盘图形。与一只眼睛的图象对应的所有象素可用一块半波板覆盖，使一只眼睛的图象相对于另一只眼睛的图象正交地偏振。用这种配置，可用带有三个或者甚至一个光阀的一个单一的投影机将一个立体图象投影在一块非退偏振的屏幕上，供用偏振眼镜观见，并且立体图象永远是配准的，不需要对准。

如果采用这里所描述的任何一种方法来填充象素之间的间隔，可使屏幕上供各眼观看的数据重叠在供另一只眼观看的数据上。这样可使各眼的图象呈现为连续的，没有洞、线、象素或其它间隔。

可将半波板制成象素大小的，并用光刻技术放置在正确的象素上方。将一块对应于一只眼睛观看的象素的图形的照相掩膜用紫外线成象在光刻胶上，这一光刻胶是涂覆在适当厚度的双折射塑料上的。一旦光刻胶的曝光区(或者非曝光后，取决于所用的光刻胶)显影以后，便可用化学品溶解掉曝光的塑料。最后，将剩余的光刻胶洗掉，剩下一个要放置在光阀上的掩膜。另外，可以类似地用金属制成一个母模，然后用它在一片双折射塑料上的适当位置上冲孔，以制成用于光阀的掩膜。

可将一个以右与左眼视图的交错的垂直列寻址的光阀投影到一个双凸透镜屏幕上(以前或后投影)以生成一个可以不用眼镜观看的自动立体显示，而产生一个三维图象。

利用内装在系统中的数字电路与计算机能力，可用系统处理图象以便将一个二维图象变成三维图象。进行这一工作的一种方法要求对电影进行预处理，将其转换成三维的。这一转换只须进行一次，将转换后的版本存储起来供以后投影。用这种技术，在预处理过程中可以选择场景中的一个目标使其对于观看者呈现在屏幕平面以外的任何地方，并加以标记。软件能指示计算机逐帧地跟踪该加标记的目标。这便使一位操作员只须选择一个目标一次直到它从视野中消失，而不需要在每一帧中标记该目标。一旦选中并标记了一个场景中的一个目标，并确定与输入了它出现的深度，计算机便能在离开其原象处生成该目标的一个复制图象，而使眼睛在所要求的深度上看见并接的图象。例如，使用上述其中两个投影系统垂直地偏振它们的图象的供戴偏振眼镜者观看的立体系统，计算机能生成这一复制图象，供以垂直于第一图象的偏振投影。投影机将这一复制图象投影在屏幕上，在其对等图象旁边并与之相隔一个距离，这一距离确定观看者看到复合图象的深度。当选择一个目标来改变其深度而输入了这一事实并指定了其新的深度时，则会导致计算机去改变这两个要投影在屏幕上的部分图象之间的距离。这将使观看者在新的深度上看见以双目汇合形成在其头脑中的复合图象。

另一种可用于在图象中建立深度的技术也利用上述投影系统。然而，采用这一技术，在投影图象时发生从二维到三维的转换，而不需要人的干预及预处理。然而，如果要使所建立的深度成为逼真的，则必须用这一系统摄取图象。例如，当投影机一次存储了三帧并作为要观看的立体帧在任何给定的时间投影帧1与4时(4为正在显示的当前帧，而1则为四帧以前显示的)，便建立了一个如这里所描述的用眼镜或自动立体屏幕的三维视图。目标运动得越快，左与右眼图象之间的距离越大，从而该图象对观看者呈现为在屏幕的更远的后方或前方。因此，目标的运动应与它们的深度协调，以提供最逼真的三维映象。

诸如从投影机到扬声器的声音的无线传输、对投影机的电缆与VCR信号的无线传输、内装式VCR和/或内装式计算机等各种最近研制出的技术革新，当将它们装入这里所描述的投影系统中时，将会产生一种用途比当前可以得到的任何其它系统宽广得多的投影系统。

虽然已经详细地例示了本发明的较佳与替代实施例，但对于熟悉本技术的人员而言，这些实施例的改变与修正是显而易见的。因此，应当清楚地理解，这些改变与修正都在下面的权利要求书中所陈述的本发明的精神与范围之内。

Claims (47)

1、一种显示系统，包括：

一个光源；

一个元件，其中一个图象可以形成在其上面；以及

位于所述光源与所述元件之间的一条光隧道，用于将来自所述光源的光送至所述元件，并具有内光反射表面，其中所述光隧道具有一个具有与所述元件的高宽比匹配的高宽比的输出孔。

2、权利要求1的显示系统，其中所述光隧道具有矩形、正方形与圆形断面中的一种。

3、权利要求1的显示系统，其中所述光隧道具有一个输入孔、一个输出孔及在所述输入与输出孔之间变化的形状。

4、权利要求3的显示系统，其中所述光隧道在所述输入与输出孔之间膨胀或收缩。

5、权利要求1的显示系统，其中所述光隧道是“折叠”的并且至少定义两条光隧道光径。

6、权利要求5的显示系统，其中所述光隧道光径不是共线的。

7、权利要求5的显示系统，还包括放置在所述光隧道光径之间的、选自包含一个透镜、反射镜与棱镜的一个组中的至少一个光学元件。

8、权利要求1的显示系统，包括放置在所述光隧道与所述元件之间的至少一个透镜。

9、权利要求8的显示系统，其中所述至少一个透镜将所述输出孔的一个图象聚焦在所述元件的至少一个部分上。

10、权利要求1的显示系统，包括多条用于将光送至所述元件的光隧道。

11、权利要求10的显示系统，其中所述光隧道具有用于在不同角度上将光送至所述元件的装置。

12、权利要求1的显示系统，其中，所述光隧道在一个平面中具有平的面而在另一平面中是弯曲的，使其作为一个非成象聚光器工作。

13、权利要求12的显示系统，其中所述光隧道随其靠近所述元件而扩张，用于降低从聚光器出来的光的发散性及增加准直度。

14、权利要求1的显示系统，其中所述光隧道具有一个输入孔，所述显示系统还包括一个用于在所述输入孔上形成一个所述光源的象的球面反射器。

15、一种显示系统，包括：

一个光源；

一个元件，其中一个图象可形成在其上面；

位于所述光源与所述元件之间的至少一个输入透镜阵列；以及

用于提高照射所述元件的光的准直度的装置，其中所述提高装置包括：

用于增加一个光束的直径使光束直径大于所述元件的装置；以及

用于在适当角度上将可能不命中所述元件的光折叠进所述元件中，使所述折叠的光通过所述至少一个输入透镜阵列的元件及所述元件的象素孔的装置。

16、权利要求15的显示系统，包括用于将光扩张到一个足够的直径而使其发散度与准直度接近所述至少一个输入透镜阵列的元件的一个接受角的装置。

17、权利要求16的显示系统，其中的折叠光在一个角度上照射所述元件，使得所述输入透镜阵列的各元件将光聚在一个象素上，该象素不是与所述输入透镜阵列元件直接成一线的一个象素。

18、一种显示系统，包括：

一个元件，其中一个图象可以形成在其上面，其中所述元件至少包括两个不同的区，各显示对应于不同色彩信息的数据；

至少一个透镜阵列；

一个光源；以及

长轴柱(marco-prism)装置，用于将所述光源发出的光分解成不同色彩的光束，所述长轴柱装置至少包括一个极为大于所述元件上的象素的一个间距的棱镜结构。

19、权利要求18的显示系统，其中所述长轴柱装置包括一个菲涅耳棱镜。

20、权利要求18的显示系统，包括至少两个级联的长轴柱装置，使得绿色光谱上分离的光束基本上平行于一个透镜阵列元件与象素的光轴，其中不同色彩的光束照射显示对应色彩数据的象素。

21、权利要求20的显示系统，其中所述元件包含具有给定的水平间距的象素，并且其中所述至少一个透镜阵列的各透镜阵列元件具有一个三倍所述元件上的象素的水平间距的水平间距。

22、权利要求20的显示系统，其中至少一个长轴柱装置使各色彩光束基本上平行于一条绿色光束。

23、权利要求21的显示系统，其中所述长轴柱装置在光束命中所述透镜阵列之前，在互相相对的不同角度上将不同色彩的光束导向所述元件。

24、权利要求18的显示系统，在所述元件与所述至少一个透镜阵列之间还包括一个附加透镜阵列，所述附加透镜阵列的各透镜元件将来自色谱的大约三分之一的光聚焦在一个给定的象素孔中。

25、权利要求18的显示系统，其中色谱的发散是确定为使选择的光谱成分不通过任何象素孔，提供通过象素孔的光束或指定的色彩组成。

26、一种菲涅耳(菲涅耳)偏振器，包括：

多个麦克尼尔型偏振器，各个麦克尼尔型偏振器小于受偏振的整个光束，并且它们是以互相固定的关系安装的；以及

用于有选择地改变一个输出光束的部分的偏振平面的装置；

一种胆甾向列液晶，用于将进入的光分裂成反手性(handed)的、圆形偏振光束；以及

四分之一波材料，用于将所述光束改变成线性偏振光束。

27、权利要求26的菲涅耳偏振器，包括一种放置在具有一个选定的偏振平面的一个输出光束的部分中的半波材料。

28、权利要求26的菲涅耳偏振器，包括至少两个分开的表面，各涂有一种在不同波长上形成尖峰的胆甾向列液晶。

29、权利要求26的菲涅耳偏振器，还包括至少一个双凸透镜阵列及至少一个附加反射器，用于提供平行于输入光束的一个输出光束。

30、权利要求29的菲涅耳偏振器，其中所述附加反射器包括一面菲涅耳反射镜。

31、权利要求26的菲涅耳偏振器，包括：

至少一个双凸透镜阵列；

两个元件，各有一个平面及一个锯齿形面，所述两个锯齿形面是互相靠近的，并在它们的锯齿形面之间具有一个适当的介电涂层；

一个输入面；

与所述输入面上各隔一个锯齿形面相对的一个反射表面；以及

各反射表面与一个对应的锯齿面之间的四分之一波材料。

32、权利要求31的菲涅耳偏振器，其中各元件上的锯齿为45/90三角形，一个元件的各锯齿的斜边平行于所述一个元件的平面，以及其中另一个元件上的三角形锯齿形成所述一个元件上的锯齿的负型(negative)，借此所述两个元件沿其锯齿形面拼装在一起。

33、一种显示系统，包括：

一个光源；

一个元件，其中一个图象可以形成在其上面；

至少一个位于该元件与接近该元件的光源之间的输入透镜阵列；以及

在元件侧上的至少一个输出透镜阵列，该输出透镜阵列相对于该至少一个输入透镜阵列所在的一侧，其中各至少一个输入透镜阵列通过所述元件将一个光源图象聚焦在超出该元件并接近该至少一个输出透镜阵列元件的区域中。

34、权利要求33的显示系统，在至少一个输入透镜阵列与元件之间还包括另一个输入透镜阵列。

35、权利要求34的显示系统，还包括位于该元件与该至少一个输出透镜阵列外侧的另一个输出透镜阵列。

36、一种显示系统，包括：

一个光源；

一个元件，其中一个图象可以形成在其上面；以及

位于该元件与接近该元件的光源之间的一个双透镜阵列系统，其中该双透镜阵列系统将来自光源的光引导到该元件的象素上，其中所述双输入透镜阵列系统的第一输入透镜阵列的元件形成所述光源的原象，而所述双输入透镜阵列系统的一个第二透镜阵列的元件将该原象聚焦进所述在其上面可以形成一个图象的所述元件的象素孔中。

37、权利要求36的显示系统，其中所述第二透镜阵列的各元件将光引导到在其上面可以形成一个图象的所述元件的一个以上的象素孔中。

38、权利要求36的显示系统，其中所述光源的原象之一发出的光照射在所述第二输入透镜阵列中的一个以上的元件上。

39、权利要求36的显示系统，其中所述第一与第二输入透镜阵列的元件具有与所述元件中的象素孔大致上相同的大小。

40、权利要求39的显示系统，其中所述第一输入透镜阵列的元件大于所述第二输入透镜阵列的元件。

41、权利要求36的显示系统，其中所述光源的各所述原象不具有与在其上面可以形成一个图象的所述元件中的象素孔相同的大小，其中所述第二输入透镜阵列的各元件将正与负放大中的一种的所述原象的一个象聚焦进一个象素孔中，所述二次象是与在其上面可以形成一个图象的所述元件的象素孔相同大小的。

42、权利要求36的显示系统，其中所述双输入透镜阵列系统的一个第二输入透镜阵列的元素将所述第一输入透镜阵列的元件的图象聚焦进所述元件的象素孔中。

43、一种显示系统，包括：

一个光源；

一个元件，其中一个图象可以形成在其上面，所述元具有一种预定的形状；以及

用于通过成形照射所述成象元件的一个光束使得光束的形状基本上与所述成象元件的形状匹配而增强一个图象的亮度的装置，其中所述增强装置包括一个菲涅耳偏振器装置。

44、权利要求43的显示系统，其中所述增强装置包括用于将照射光分裂成引导到显示对应色彩信息的所述成象元件上的象素的不同色彩光束的装置。

45、权利要求44的显示系统，其中所述增强装置包括用于充分增进光的准直度以接近位于所述光源与所述元件之间的输入透镜阵列元件的接受角的装置。

46、一种后照明偏振屏幕，具有一种增强的环境光排斥能力，包括：

一个后照明屏幕；以及

至少一个偏振器。

47、一种光学成象系统，包括：

一个光源；

一个光采集装置；

所光采集装置包括一个椭球面反射镜，光源放置在该椭球面反射镜的一个第一焦点上；

一个聚焦透镜，采集从椭球面反射镜的一个第二焦点发出的光并将其带到一个第三焦点上；

一个第二椭球面表面，捕集未命中第一椭球表面的光，所述第二椭球表面弯曲成将命中它的、来自第一椭球的第一焦点的光带到空间中聚焦透镜形成一个焦点的地方；

一个准直透镜，在第三焦点的外侧，用于准直从聚焦透镜及第二椭球表面发出的所有光。

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